贵惠高速公路软土地基处治方案评价与优选

张 青

(贵州省交通监理咨询有限公司)

1 工程概况

贵阳至惠水高速公路位于贵州省贵阳市花溪区、黔南州惠水县境内，由贵惠高速公路、惠兴连接线组成。路线全长40.31 km，项目区域处于川黔经向构造带体系南部西缘，构造形迹主要为南北向。沿线主要地质构造形迹是褶皱和断裂。受地层岩性、构造、地形、气象水文的综合影响和控制，区内不良地质类型有:表层滑坡、岩质顺层、岩溶、软土等，其中沿线典型软基路堤段共17 段，分布面积较大，厚度2 ～6.5 m。因此软基处理是工程中需要解决的一道难题，也是制约本项目进度的一项控制性工程。

2 软土路段设计方案及基本评价

十七段软土路基中，有四段采用CFG 桩进行处治，其余十三段全部采用换填处治方法。由于篇幅有限，本论文选择K1 +432 ～K1 +569 段作为设计方案评价对象。K1 +432 ～K1 +569 段路线跨越山间U 型槽谷，填方最高为25.45 m。地基上覆黑褐色淤泥质粘土、粘土夹碎石，厚4 ～6.5 m。下伏基岩为三叠系中统青岩组渔庆亚组雷打坡页岩组褐黄色、灰绿色、灰色薄层状页岩。

路基设计对其下覆软土，采用CFG 桩及土工格栅加筋联合处治方式进行处理，填方边坡坡比采用1∶1.5 ～1∶1.75，边坡坡面采用衬砌拱防护。CFG 桩长5 ～8.5 m 不等，采用梅花形布置，桩径0.5 m，桩距1.2 m。土工格栅布置10 层，每层间距1.0 m，要求格栅的强度不小于45 kN/m。经计算，未处理地基计算沉降量141 cm，安全系数为0.78;处治后计算工后沉降量11 cm，安全系数为1.39。其地基处治主要工程数量为:CFG 桩10554 根，合计70 254 m，土工格栅94 427 m2，砂垫层5 555 m3。

本段软土层较厚，其上路堤较高，为软土地基上的高填方路堤。路基存在的主要问题是路堤稳定与路基沉降问题。为解决这些问题设计采用CFG 桩，从理论上讲是合理的。但就实际情况和设计计算存在如下问题:

(1)设计提出地基未处理的情况下，安全系数为0.78，明显是采用的快剪强度参数，且没有考虑固结的情况下得到，此种条件对应的是快速填筑方式，显然与实际施工过程不相符合。其原因在于，路堤填筑总是分层填筑，根据本段情况，路基填筑完成至少需要100 d 左右。而随着路堤的填筑，地基土固结，其强度逐渐提高，其安全系数也相应提高。因此，在施工过程中，路堤的稳定安全系数远高于设计计算值。从这一方面而言，设计偏于保守，从而产生投资浪费。

(2)设计提出未处理地基沉降为141 cm，姑且认为这一沉降数据正确。众所周知，对于公路路基，我们最关心的是工后沉降，按规范对于一般路段其工后沉降允许值为30 cm，采用CFG 桩处治后，其工后沉降为11 cm，远远高于规范沉降标准。从这方面说，设计偏于保守。

(3)本段共采用CFG 桩10 554 根，合计70 254 m，施工难度大，施工进度难以满足要求。由于贵州地区很少采用CFG 桩，故一方面缺乏施工经验，另一方面缺乏合适的施工机具。这必然造成施工工期不能满足要求。根据调查和功效计算，实施完成CFG 桩，至少3 个月，再加上CFG 桩达到龄期和强度要求，至少1 个月，也就是说CFG 桩实施完成开始填土需要4 个月时间。对于近26 m 的填方，施工期至少3个月，这样路基施工完成需要8 个月时间。而本项目2012年6月份正式开工，2013年6月就要通车，总施工时间为12个月，根据要求路基必须在2012年12月前完成，显然，这个方案不能满足施工要求。

(4)工程投资高

首先CFG 桩需要桩体材料173 091 m3，按C15混凝土计算接近5 000 万元，钻孔及施作需要近40 000 万，而换填需要2 000 万，征地需要600 万，总共费用需要1.2 亿左右，对于本项目而言投资较高。

有鉴于此，就有必要结合具体的场地条件、施工条件和工期要求，在充分调查、试验和分析的基础上，提出更经济合理，且满足工程需要的处治方案。

3 优选处治方案及其分析

3.1 设计参数

软土地基处治方案的关键在于搞清软土的性状。为此，在通过充分的现场调查的基础上，对K1 +432 ～K1 +569 段进行取样试验。其具体参数见表1

表1 分析计算参数

3.2 设计标准

软土地基路堤设计其设计标准主要为稳定和沉降标准。根据公路路基设计规范，参照有关经验，其设计标准为:

路堤稳定安全系数:施工期FS≥1.2，运营期FS≥1.4;路堤沉降标准:工后沉降:S≤0.2 m。

3.3 设计方案及其分析

3.3.1 分析模型

K1 +432 ～K1 +569 段是一段比较典型的软基路堤段，取该段K1 +500 进行计算。

考虑到施工工期及现实条件，综合考虑稳定与沉降问题，本段填方施工135 d。其规划的填土加载曲线如图1。

图1 K1 +500 断面加载图(时间－填土高度图)

3.3.2 优选方案分析

该段路基原设计采用CFG 桩+ 土工格栅联合处治方案，由前述可知该方案第一投资大，第二工期不能满足需要。因此，我们采取强夯置换+土工格栅方案，为此，我们采用有限元对其进行设计计算。

强夯置换是采用强夯将碎石打入软土中，根据试验，对于本段，其置换深度可达3.0 m。根据碎石的有关参数为:

内聚力CG=10 kPa，内摩擦角φG=35，弹性模量EG=15 MPa 则复合地基层的有关参数为:

强夯设计采用直径为2 m 的锤，间距4.5 m，梅花形布置，则m=0.179 1。则强夯置换层参数为:

内聚力C=19.6 kPa，内摩擦角φ=23.6，弹性模量E 如下表2。

表2 碎石桩复合地基土弹性模量 kPa

(1)变形分析

图2 为路基中心点、1/4 路基点、路肩点对应的各时期沉降曲线。表3 为特征点不同时间沉降及剩余沉降。

图2 地基表面点沉降曲线(时间－沉降曲线)

表3 特征点不同时间沉降及剩余沉降

由图及表可知，路基填筑施工期结束时，地基完成沉降95%以上，剩余沉降在5 cm 左右，工后90 d 沉降基本结束，满足规范对沉降的要求。这说明强夯置换碎石其处治效果明显。因此，从沉降的角度看，如2012年5月开始施工，2012年完成路基填筑，则采用强夯置换碎石进行处治可以满足要求。

(2)稳定分析

图3 －图5 分别为第2、4、6 步加载(对应的填土高度为10 m、18 m、25.45 m)时路堤的稳定分析成果图。表4 为各时间点安全系数。

图3 填土高度为10 m 时路堤稳定分析成果图

图4 填土高度为18 m 时路堤稳定分析成果图

图5 填土高度为25.45 m 时路堤稳定分析成果图

表4 不同填土高度路堤稳定性计算成果

由图及表可知，路基填筑施工期及运营期其安全系数均大于1.4，说明工程是安全的，采用强夯置换法进行处治是合适的。

4 结 论

贵惠高速公路软土地基是典型的山区局部软基，本论文根据软土取样试验成果结合现场调查，在仔细研究设计方案的基础上，提出了软基处治优化方案。提出的方案不仅充分利用填土时间、土体填土预压固结原理，解决了施工操作中存在的主要问题，而且施工操作简单，大大加快了施工进度，满足工程建设工期的需要。同时，可以节约大量的投资，对工程建设起到了实质性的作用。

［1］张里中，张媛媛. 土工格栅在软土地基处理中的应用［J］. 公路，2009，(8).