广西壮族自治区沿海某市政道路软基处理方案分析.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7广西壮族自治区沿海某市政道路软基处理方案分析王明兵袁韦静（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）【摘要】通过比较不同软基处理方案的特点袁选取适合沿海地区的软基处理方案遥 根据沿海地区软基的特点袁并结合广西壮族自治区沿海某市政道路工程的软基施工项目实际情况袁分别对挖除换填尧等载预压尧复合地基渊粉喷桩尧碎石桩尧水泥粉煤灰碎石桩冤等软基处理方案进行技术比较和经济比较袁最终选取粉喷桩方案袁并提出粉喷桩方案的设计要点尧施工及检测要求袁为类似工程软基处理的方案比选尧设计尧施工及检测提供参考遥【关键词】软基处理曰挖除换填曰粉喷桩曰方案比选【中图分类号】U416【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0160-030 引言广西壮族自治区沿海地区由于其独特的地理位置，分布着大量的软土层。软基在荷载长期作用下，具有孔隙比大、含水量大、抗剪强度低、压缩性强等特点，容易产生滑移和过大沉降等变形，从而造成滑坡失稳、路基沉陷等问题。为了避免软基带来不良危害，需要对软基进行处理。所以，有必要研究不同软基处理方案的效果，确保道路工程在施工和运营过程中的安全和稳定1。本文依托广西壮族自治区沿海某市政道路工程的软基施工项目，对挖除换填、等载预压、复合地基等软基处理方案进行经济技术比选，以评判软基处理方案的合理性，最终确定采用粉喷桩方案。1 项目概况1.1 项目简介广西壮族自治区沿海某市政道路工程的软基施工项目毗邻北部湾，该市政道路属于城市次干路玉级。按一期、二期工程分期建设，一期工程路幅宽度按 10 m 布设，修建半幅行车道（含临时排水设施）和污水管道。二期工程路幅宽度按规划断面拓宽至36 m，建设完善的雨水管道以及照明、绿化、交通等配套工程。1.2 地质条件项目范围内地形变化不大，为滨海平原地貌区，地势平坦，沿线经过耕地、鱼塘、虾塘和盐田等地段。道路在勘探深度内地基土层主要为第四系全新统人工填筑土、耕植土、海相沉积的黏性土、砂类土，第四系中更新统北海组海积黏性土、砂类土，第四系下更新统北海组海积黏性土，下伏上第三系湛江组砂岩等。造成地基软弱的主要土层有 3 种。（1）淤泥。厚度为 0耀2 m，流塑，含水量超过 100%。（2）淤泥质黏土。厚度为 0.3耀2.2 m，软塑，局部含有少量的砂。（3）淤泥质砂土。厚度为 1耀2.3 m，湿至饱和，局部夹薄层淤泥质土。项目分布于道路局部地段，需先进行相应处理再建设道路。淤泥质黏土试验数据如表 1 所示。1.3 项目现状项目的污水管道分项污水工程必须先行完工，以便将污水收集至附近污水处理厂进行处理。此外，污水管道施工时正值雨季，为保证污水工程按期完工，必须填筑施工便道，待污水管道施工完成，再进行软基处理。2 软基处理方案及比选2.1 一般路基段的软基处理方案2.1.1 挖除换填先挖除施工便道填土，再挖除地表覆土，并堆放在道路两侧进行晾晒，然后对路基基底范围内的软土层全部进行挖除换填处理。挖除的便道填土与地项目最大值最小值平均值样本数天然含水量 棕/%57.5026.5044.784天然密度 籽/（g cm-3）1.951.651.754干密度 籽d/（g cm-3）1.541.051.224天然孔隙比 e1.500.751.224饱和度 Sr100.0092.0096.754液限 棕L/%43.5029.1036.004塑限 棕p/%25.9018.5022.104塑性指数 Ip17.6010.6013.904液性指数 IL2.850.751.664压缩指数 琢/MPa-10.620.320.494压缩模量 Es/MPa5.453.974.654无侧限抗压强度/kPa23.6410.3818.654灵敏度 St1.491.171.284表 1 淤泥质黏土试验数据绿色交通160LOW CARBON WORLD 2023/7表覆土均可作为路基填料进行回填利用。回填时要求分层压实，压实度必须满足路基各部位设计要求。但是，周边道路工程和明渠工程的实施，阻断了地表排水通道，造成现场地表积水严重，同时周边水域分布广，换填施工难度高。采用挖除换填方案处理软基时，需要先挖除施工便道，再进行换填地基处理，造成工程浪费，同时对已经施工完成的污水管道也造成一定影响。另外施工时需要占用大量临时用地，需要先将地表覆土堆放在指定区域，对施工场地的要求高。2.1.2 等载预压根据现场开挖的情况，大部分地段地表积水范围大、地下水位高，故在原地面抛填厚 80 cm 的片石，铺筑至积水水位以上 0.5 m，采用重型机械压实，碾压稳定后铺设厚 30 cm 的碎石，在碎石垫层上每隔 30 cm 铺一层双向土工格栅，一共铺设 4 层，而后正常填筑路基至设计高程。路基填土时，应严格控制填土速率，填土至 2 m 高时，沉降 3 个月，再继续填土；填土至设计高程后，进行等载预压 6 个月，根据沉降观测调整填土标高，铺筑临时路面后可临时通车，待路基沉降稳定后，再根据要求对路面进行正式施工。其中，预压时间越长，路基沉降效果越好。等载预压方案处理软基的施工工期长，对施工工艺和填土速率要求严格，在施工和预压过程中应监控路基沉降速率，根据路基沉降情况调整填土速率和预压时间，不得为了追赶工期而随意提高填土速率。在工期充裕、预压时间充足的情况下，应用等载预压方案处理软基的后期沉降小，路基稳定性好2。为了满足道路周边项目开发的需求，应先在设计范围内铺设污水管道，但道路全线多为鱼塘、虾塘，地下水位高，涌水严重，无法直接排水挖淤泥，且施工机械无法进入场地。因此，在铺设施工污水管道之前，需要进行便道管道的施工，但施工便道的压实度仍然达不到永久路基的施工要求。此外，鉴于施工便道及污水管道敷设已完成，若采用等载预压方案，在已施工完成的施工便道上平铺片石的预压效果不好，而且项目所在地区片石、碎石材料稀缺。故抛填片石+等载预压方案工程投资较大，施工工期较长。2.1.3 复合地基对于软基来说，路基稳定和沉降不能满足要求的路段也可以采用复合地基方案，复合地基包括粉喷桩、碎石桩、水泥粉煤灰碎石（cement fly谣ashgravel,CFG）桩等。（1）粉喷桩。粉喷桩是将水泥作为固化剂，利用深层搅拌机和原地基软土就地搅拌混合，通过一系列的物理化学作用，产生一种强度较高、抗变形性和水稳性较好的混合柱状体。由混合柱状体与周围软土形成复合地基，既能提高地基承载力，减少地基沉降，又能阻止水体流动，增强地基的稳定性。通过粉喷桩方案处理软基，不仅可以最大限度利用原土，而且可以获得高强度的软基3。（2）碎石桩。碎石桩是指先在软基中用震动、冲击或水冲等方法成孔，再将碎石压入孔中，形成密实柱状体。密实柱状体对饱和软黏土的作用主要为置换和排水固结。碎石桩施工机具结构简单，操作方便，加固时只需用碎石，但造价比深层搅拌机高，施工中排放污水、污泥量大，噪声污染严重，对周边环境和耕地有一定影响。（3）CFG 桩。CFG 桩主要由碎石、石屑、粉煤灰、适量的水泥和水拌和而成，具有良好的和易性。CFG桩和桩间土通过由碎石或石屑组成的褥垫层形成CFG 桩复合地基，不仅具有碎石桩对地基的置换和挤密加固作用，而且桩体强度较高2。在黏性土地基上，当挤密效果不佳时，也能有效地将地基荷载传递至深处土层，从而确保 CFG 桩对地基的置换作用，并且 CFG 桩复合地基的强度和模量比较均匀，对抗震等有利，但是 CFG 桩造价高4，而且成桩的粉煤灰材料当地稀缺，不易获得。桩型经济比较如表 2 所示。结合本项目地质勘查和试验资料、设计范围内淤泥含水量高达 100%等特点，采用粉喷桩方案处理软基，不仅可以有效提高软基承载力，而且可以充分利用已施工完成的施工便道。2.2 方案比选方案技术比较如表 3 所示。方案经济比较如表 4所示。据现场开挖情况，施工便道和污水管道已施工完成，采用挖除换填对已施工完成的污水管道有影响，且实施难度大。而粉喷桩方案的工程造价虽高，但施工工期短、工艺成熟、技术可靠，还可利用已施工完成的施工便道。因此，推荐采用粉喷桩方案。3 粉喷桩设计粉喷桩桩径为 50 cm，采用梅花形布置。根据路堤部位、软基深度及各项物理力学指标的不同，可采用 1.2 m、1.3 m 两种不同的桩间距，要求穿透软土层进入持力层的桩长不小于 0.5 m，平均桩长 5.5 m 左右。用于粉喷桩的水泥为干粉，采用 P.O 42.5 普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，应为国家免检产品。粉喷桩设计平均水泥掺入量为 50 kg/m，必须全桩复搅5。为保桩型单位桩体估算造价/（元 m-3）单位处理面积估算造价/（元 m-2）粉喷桩235.86118.96碎石桩320.14161.47CFG 桩554.23177.44表 2 桩型经济比较绿色交通161LOW CARBON WORLD 2023/7表 3 方案技术比较方案优点缺点比较结果挖除换填淤工程造价低；于施工简便淤工期较长；于需要挖除便道，造成浪费；盂需要大面积的堆土晾晒场地；榆对环境的影响大；虞对施工季节的要求高不推荐等载预压施工简单淤施工工期长；于施工质量控制难度大；盂工程造价高不推荐粉喷桩淤工艺成熟，技术可靠；于工程浪费小；盂施工工期短工程造价高推荐方案造价/元差额/元挖除换填37 259 782等载预压40 449 8975 598 364粉喷桩42 151 1426 853 555表 4 方案经济比较证粉喷桩的施工安全及施工质量，当钻头到达设计桩顶高程时，喷粉机应停止喷粉，上部 50 cm 范围内采用 5%水泥土换填，并做成 1%向外倾斜的土拱横坡。设计单桩承载力必须不小于 140 kN，最终复核地基承载力不小于 120 kPa。4 粉喷桩施工注意事项（1）粉喷桩施工时，应注意避让已施工完成的污水管线，布桩前应在工作面上标注已施工完成的污水管道位置，污水管道两侧的桩离污水管道外径最小距离不小于 0.5 m，防止打桩时桩底和污水管道交叉，造成污水管道破损，从而影响整个工程的安全和质量。（2）结合已施工完成的施工便道，路基范围内虾塘、鱼塘排水后直接填土至水位以上 0.8 m，而后进行地基处理。（3）桩身 90 d 无侧限抗压强度不小于 1.2 MPa，28 d 的强度不小于 720 kPa。工程施工前，应进行室内配方试验，并选择有代表性的路段进行成桩工艺试验，试桩数不宜少于 5 根，以取得本路段的粉喷桩施工工艺和施工技术参数，从而确定合理的水泥掺入量。（4）成桩后，必须按要求对桩进行质量检测。5 粉喷桩检测方法及要求（1）浅部开挖桩头，其深度为停灰面以下达到桩实体，一般深度宜为 50 cm。目测搅拌的均匀性，量测成桩直径，检查频率为 10%。（2）现场抗压强度试验。在监理人员所指定的桩位上挖取桩体。试件应为停灰面以下 0.5 m、1.0 m、1.5 m 处所挖取的 3 段桩体，每段长度约为 50 cm。试件上下两面用水泥砂浆抹平，并保持试件的原始含水量。试件的挖取在成桩 28 d 后进行，检查频率为2%。试件的试验应及时进行，试件的包装应采用塑料膜包裹严实，运输采取防震措施，确保试样的完整性和原状性。选择有资质的单位进行抗压强度试验。（3）轻便触探。成桩后 7 d 内采用轻便触探仪（N10）检查桩的质量，触探点以距离桩中心 1/4 半径处为宜。抽检频率为 2%。贯入时锤落距为 50 cm，并记录每 10 cm 的锤击数，当击数小于 10 时，视为不合格。轻便触探适用深度为 4 m，当深度大于 4 m时，钻取上部地层 2 m 后继续贯入至 6 m。（4）钻探取芯。粉喷桩正式施工前必须进行钻探取芯检测。钻探取芯应符合有关规程、规定的要求，并采取措施保证取芯率，钻进时除了记录描述外，还必须做标贯试验和无侧限抗压强度试验。取样测试间距为 1.0耀1.5 m，必要时应对桩芯水泥土做含水量试验。抽检宜在成桩 28 d 后进行，抽检频率为 2%，视情况增加抽检数量。（5）粉喷桩荷载试验。粉喷桩的荷载试验可以分为单桩荷载试验和复合地基承载力荷载试验，监理人员应按有关规程进行荷载试验，在荷载试验的过程中可根据实际需要进行适当调整。6 结语软基处理方案的选择要综合考虑材料供应、工期、周边环境、现有设施、质量保证、工程造价、施工难易等方面。广西壮族自治区沿海地区软基含水量高，项目周边水域分布广，排水困难，开挖淤泥质砂土的难度高，不宜采用挖除换填方案进行软基处理。等载预压方案处理软弱地基施工工期长，成本增加。对于饱和的淤泥质砂土地基，采用粉喷桩方案的加固效果更好，同时便于施工，可减少环境污染。参考文献1 中华人民共和国交通运输部.公路路基施工技术规范：JTG/T 36102019S.北京：人民交通出版社，2019.2 刘素彦，武志鹏.滨海城市建设软基处理施工工艺J.云南水力发电，2023，39（1）：168-171.3 祝龙旭.基于变形规律的沿海公路工程不同软基处理技术比较J.福建交通科技，2023（1）：10-13.4 汪焕玲.沿海地区道路软基处理设计J.科学技术创新，2022（36）：115-118.5 杨萌.高速公路水泥搅拌桩软基处理及工后沉降预测研究D.武汉：湖北工业大学，2020.作者简介院王明兵（1981），男，汉族，湖南邵阳人，硕士研究生，工程师，主要从事路基路面、工程管理等方面的教学、科研工作。绿色交通162