福建某江滨路软基处置方案探讨

卢志伟

（漳州通正勘测设计院有限公司，漳州 363000）

0 引言

本项目填土路堤下伏流塑状饱和软黏土， 这些软土具有压缩模量小、孔隙比大、透水性差、力学强度低等特点。通过对本项目邻近已运营道路调查发现，软土地区道路存在着显著的不均匀沉降， 特别是在雨水管检查井和涵洞通道等邻近构造物附近尤为明显。因此，为了减少公路运营期间的病害，必须采用软基处理。

软土地层常用的软基处理方法有换填、压实和强夯、预压和复合地基等， 这些方法已经过大量的工程实践验证其有效性[1-3]。 本项目途经线路涉及到一处软土地层填方路堤的问题，并且邻近桥台，为了比选出最佳的软基处理方法，选取载预压+塑料排水板、水泥土搅拌桩、PTC 管桩三个方案，综合考虑工程造价、稳定性、工后沉降和工期，比选出合适的处理方案。本文的研究成果具有一定的工程意义， 可为在类似沿海软土地区软基处理方案选择提供参考和借鉴。

1 工程概况

1.1 工程基本情况

该项目采用二级公路标准，设计速度60km/h，双向六车道，路基宽度60m。本段软基处理厚度为12～16m，路堤填高为5～7.2m，邻近桥台路段工后沉降标准为0.2m[4]，工期为5～7 个月。 由于处理软土深度较深， 路堤填高较大，因此合理地选择软基处理方案，对节省工程造价、保证工期和控制沉降具有重要的意义。

1.2 地形地貌及软土工程特性

项目所处场地属河流冲洪积地貌， 现状主要为居民区、耕地、鱼塘及河流等，水系发育，植被一般发育。 场地所处区域地势总体较平缓。

软基路段表层覆盖层为耕土，无硬壳层，地基土层分布从上至下依次为：耕土或素填土、淤泥质土或淤泥、粉质粘土、粗砂、残积砂质粘性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩；淤泥质土或淤泥，具有压缩模量小、孔隙比大、透水性差和力学强度低等特点。土体物理力学指标如表1 所示，工程地质剖面如图1 所示。

图1 工程地质剖面图

2 软基处理方案选择

软土地基具有强度低、压缩性大、含水量高、渗透性差以及沉降随时间发展缓慢等特点，若对软基处理不当，有可能对运营道路产生较多病害，如道路沉陷、开裂和桥头跳车等问题，甚至可能导致路基失稳。 因此，软基处理主要需要考虑工后沉降和稳定性两个问题， 常用的软基处理方法有换填、预压、夯实以及复合地基等，相对来说，复合地基处理效果好，而换填和预压等造价低。因此在实践中，往往需要综合考虑处理效果和工程造价等问题，达到经济合理的效果。

表1 软弱土物理力学指标及桩基设计参数建议取值表

本项目填方路段为软土地基，并且靠近桥台，宜进行软基处理来减少沉降和提高地基承载力， 避免后期病害的产生。 该项目为县道，考虑到工程造价、软土厚度和邻近桥台的工程实际，采用换填和强夯难以到达要求，本文拟选择工程造价较低的堆载预压+塑料排水板，造价相对较高的水泥土搅拌桩以及处理效果最好但造价最高的刚性桩来进行比选。 此外， 受限于工期要求和成孔难易程度，采用钻孔灌注桩施工速度慢，且成孔难，故采用施工速度快，施工工艺成熟的PTC 管桩，如表2 所示。

表2 软基处理方案对比

3 软基处理影响因素分析

3.1 有限元模型建立

为了分析堆载预压+塑料排水板、 水泥土搅拌桩和PTC 管桩有无桩顶连系梁在该地层的适用性， 本文采用有限元软件Plaxis 进行模拟。

（1）模型几何参数

假设路堤和地层是一个轴对称问题， 仅需取一半进行分析。 路堤底部半宽取30m，坡率为1∶1.5，路堤高6m，模型总长为60m，忽略表层耕土的影响，仅考虑淤泥土，模型如图2 所示。

图2 计算模型

（2）方案设计

方案一： 采用堆载预压+塑料排水板法进行地基处理， 堆载预压采用等效外荷载进行模拟， 等效荷载取70kPa， 塑料排水板采用间距为1m 的排水通道进行模拟。预压时间为1500 天，路堤填筑分四级，每一级填筑时间为5 天，每一级填筑后固结100 天填筑下一级。工后沉降为路堤施工完成后15 年的残余沉降。

方案二：采用水泥土搅拌桩法进行地基处理，桩间距为2m，桩径0.5m，桩长按进入下层土2m 考虑，桩长为14m。 路堤填筑分四级，每填筑一级固结30 天后填筑下一级。 工后沉降为路堤施工完成后15 年的残余沉降。

方案三： 采用PTC 管桩进行地基处理， 桩间距为2.5m，桩径0.5m，壁厚7mm，桩长按进入下层土2m 考虑，桩长为14m。 路堤填筑分四级，每填筑一级固结30 天后填筑下一级。工后沉降为路堤施工完成后15 年的残余沉降。 此外， 通过增设钢筋混凝土桩顶连系梁 （尺寸为0.5m×0.5m）进行对比。

（3）计算参数

水泥土搅拌桩、PTC 管桩和连系梁按弹性板单元考虑， 土体按摩尔库伦本构模型考虑， 计算参数如表3 所示。

表3 计算参数

3.2 不同方案的影响因素分析

3.2.1 工期

根据测算，采用水泥土搅拌桩和PTC 桩的工期约为6～10 个月，搅拌桩和PTC 桩工期能够满足要求，但是堆载预压+塑料排水板通过堆载预压使得土体固结，其排水固结时间受到多种因素的制约， 并且渗流固结需要达到一定时间， 因此着重讨论堆载预压+塑料排水板法的工期。

图3 堆载预压后超静孔隙水压力

3.2.2 稳定性

图4 安全系数对比图

图5 稳定性对比图

3.2.3 工后沉降

堆载预压+塑料排水板工后沉降最大，水泥土搅拌桩次之，PTC 管桩（连系梁）最小，如图6 所示。 PTC 管桩（连系梁）工后沉降为17.2cm，因此PTC 管桩对于控制工后沉降最有利，在20cm 的控制标准要求下，只有增设桩顶连系梁的PTC 管桩复合地基符合要求。

图7 是三种不同软基处理方法的工后沉降图， 从图中可以看出，路堤的最大沉降均位于道路的中轴线上，随着与坡脚距离的减小而减小。相较于堆载预压，经过水泥土搅拌桩和PTC 管桩处理后，路堤的应力扩散至更深的土层，通过桩身的分担作用，淤泥层承受的荷载减小，使得工后沉降小于堆载预压法。 此外， 与无桩顶连系梁相比，通过增加桩顶连系梁，增强了PTC 管桩复合地基整体抗变形能力，工后沉降减小约21%。

图6 工后沉降对比图

图7 工后沉降对比图

3.2.4 工程造价

经过计算， 每平方米工程造价从低到高依次为堆载预压+塑料排水板、水泥土搅拌桩、PTC 管桩（无连系梁）和PTC 管桩（连系梁）。 堆载预压+塑料排水板工程造价约为水泥土搅拌桩的33%， 水泥土搅拌桩约为增加桩顶连系梁的PTC 管桩的56%。

3.3 软基处理方案的适用性分析

通过3.2 节对三个方案的工期、稳定性、工后沉降和工程造价的影响分析表明， 在本工程的路堤填高和软土厚度下，堆载预压+塑料排水板工后沉降已超过0.3m，且工期很长，已不适用于普通路基和邻近构筑物的路基。水泥土搅拌桩和PTC 管桩（无连系梁）工后沉降在0.2m 至0.3m 之间，本工程邻近桥台，不满足工后沉降的控制标准。 增设桩顶连系梁PTC 管桩对工后沉降控制最有利但是工程造价最高。

基于上述的研究， 提出适用于本工程的软基处理方法。由于软基处理段落邻近桥台，其主要控制因素为工后沉降，水泥土搅拌桩和PTC 管桩（无连系梁）工后沉降不符合要求。因此，综合考虑工期、稳定性和工后沉降，对于工后沉降控制严格的靠近桥台段仅有采用增设桩顶连系梁的PTC 管桩复合地基才能符合要求，断面图如图8 所示。

图8 PTC 桩处理断面图

4 软基处治效果

经过不同方案的比选， 本项目选取了增设桩顶连系梁的PTC 管桩软基处理方法，为了验证软基处理的有效性，选取了一个断面进行监测，监测数据如表4 所示。 监测数据显示，填土完成半年内沉降变形显著减小，沉降速率明显收敛，效果明显。

表4 软基处理段典型断面监测数据一览表

5 结论

本文结合公路软土地基处理工程， 选取3 种处理方案，综合考虑了工期、稳定性、工后沉降以及工程造价的影响，比选出适用于本工程的软基处理方法，并通过对路堤填土完成半年内的沉降进行监测， 验证了软基处理的有效性。 本文主要得到以下结论：

(1)水泥土搅拌桩对控制工后沉降效果良好，其工程造价低于PTC 桩，在工期和工后沉降满足的条件下尽可能采用， 但是其在邻近构筑物的情况下工后沉降不满足要求。

(2)PTC 管桩对于控制工后沉降效果显著， 且施工质量容易控制，但是工程造价远大于水泥土搅拌桩，宜用于对沉降敏感的邻近构筑物段落。

(3)通过增加桩顶连系梁，PTC 管桩复合地基可以提高整体的抗变形能力，对工后沉降和稳定性均有提高。