某大道软土路基处理方案选择及评价.docx
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某大道软土路基处理方案选择及评价
某大道软土路基处理方案选择及评价
摘要：
通过对滨海软土地区路基土的物理力学分析，及路基处理方案的选择评价，提供了软土路基合理经济的处理方案，可为类似工程提供经验。
关键词：
软土路基；处理方案；选择与评价1．工程概况某道路全长约5.5km，路宽50m，为城市交通性主干路，设计时速为60km/h，设计荷载为BZZ-100型标准轴载。
道路沿线拟建五座桥梁，跨度20~35m，荷载等级为城A级，拟采用φ1200钻孔灌注桩基础。
2．地基土物理力学性质特征根据省工程物探勘察院提交的该道路工程地质勘察报告及邻近工程地质资料揭示，拟建大道沿线沿线地基土主要由第四系全新统滨海相的淤泥、淤泥质土、粉质粘土、粘土和粉砂等构成，下伏基岩为熔结凝灰岩，埋深90~100m。
该地区海相沉积土的主要特征是含水量（Wo）高、液性指数（IL）大、压缩系数（a1-2）高等。
与拟建大道路基有直接关系的土层为浅部的耕土（人工填土）、粘土和淤泥，现将这几层地基土的地质特征描述如下：
（1）耕土：
灰色―灰黄色，稍湿，松软。
含植物根系（村庄地段和河岸地段为杂填土和素填土，农田地段为耕土）。
全线路分布。
层厚0.15~0.60m。
（2）粘土：
灰黄色，饱和，软塑―可塑。
含少量铁锰质色斑或结核，切面较光滑，韧性和干强度较高，无摇震反应。
全线路分布。
层厚0.70~2.50m。
（3）淤泥：
灰色，饱和，流塑。
含少量植物腐烂物，偶见贝壳碎屑，局部含朽木屑和夹砂质粉土薄层，夹淤泥质粘土。
全线路分布。
以上三个土层的物理力学性质特征见表1。
表1浅部土层物理力学性质设计参数表层序岩土名称天然含水量天然密度天然孔隙比塑性指数液性指数压缩系数直接快剪三轴UU压缩模量地基土容许承载力钻孔灌注桩内聚力内摩擦角内聚力内摩擦角桩周土极限摩阻力Woρ0еoIPILa1-2ссUUEs[σ0]τi%g/cm3MPa-1kPa度kPa度MPakPakPa1耕土2粘土30.61.850.89416.60.530.46404.524.02.73.880283-1淤泥53.71.651.50122.71.251.1672.26.31.12.050~60103．路基土的分析评价及可能出现的工程问题据工程初步设计，道路设计路面标高在4.25～5.71m之间，而原始地面标高则在2.50～2.80m之间，即路基填方高度达1.45～3.20m，桥与路衔接处，还会出现大于3.00m的高填方。
勘察资料揭示表明：
1耕土，松软，工程性质差；3-1淤泥，具高压缩性、高灵敏度等特性，物理力学性质差，均不宜作路基的基础持力层；2粘土虽具中等压缩性，物理力学性质一般，但厚度一般均小于1.50m，下伏软弱的淤泥，按邻近工程，适建荷载要远低于天然地基土承载力，直接利用作基础持力层不适宜。
根据以上评价，本工程可能出现以下的岩土工程问题：
（1）拟建道路沿线均为亚软土路基，天然路基土不能满足承载力要求；
（2）桥梁与路衔接处和其余路段可能会出现不均匀沉降；（3）如何选择出合理经济的路基土利用整治方案。
4．岩土利用及其整治方案的分析与评价4.1软土路基加固处理的选择根据道路沿线的工程地质条件，结合本工程的投资规模、荷载等级、工程重要性及工程经验，宜对道路地基进行加固处理，可考虑以下三种方案：
（1）水泥搅拌法可采用直径为φ500，面积置换率为一定值的水泥搅拌桩与软土形成复合地基，达到增强地基承载力的效果，根据2号桥SZ8钻孔地质柱状图，桩长可选择为12m。
桩的面积置换率m可按下面公式计算：
式中fspk―复合地基承载力设计值，取值100kPa；fsk―桩间土承载力特征值，取值50kPa；Ap―桩的横截面积（m2）；β―桩间土承载力的折减系数，取值0.5。
而水泥搅拌桩单桩竖向承载力标准值Ra可按下列公式计算，并取最小值：
式中fcu―与桩身水泥土配方相同的室内水泥土试块、在标准养护条件下，90天龄期的单轴抗压强度，取值3.25MPa；up―桩的横截面周长（m）；qsai―第i层土摩擦力特征值（kPa），取τi的一半；li―第i层土厚度（m）；qpa―桩端土承载力特征值（kPa），淤泥质土时，不取值。
根据以上公式和取值，可计算出水泥搅拌桩的面积置换率m为0.125，则单位面积内的桩数n为0.63，即采取水泥搅拌桩对软基进行处理时，桩位可采取1.3m×1.3m的网格状布置。
（2）排水固结法采用塑料排水板+砂垫层排水，结合堆载预压法，利用塑料排水板形成排水通道，使土体中的自由水在预压荷载作用下排出土体以外，土体完成固结，达到增强地基承载力的效果。
本方法多用于公路软土地基处理。
（3）加筋土法采用2～3层土工格栅和土工布与砂性回填料相结合形成硬壳层，减少工后沉降特别是不均匀沉降，以达到增强地基承载力的效果。
本方法多用于公路软土地基处理，并常与其它方法结合使用。
以上三种方案中，水泥搅拌法具有技术成熟、施工周期短、工后沉降少等优点，缺点是投资偏高。
排水固结法的优点是投资节省，加固效果较好，缺点是工期较长，对如此长路段的排水固结，地基土要达到预期承载力，一般需要一年以上；加筋土法相对于前两种方法而言，是一种适中的处理方案，但是只能处理机动车道，非机动车道及人行道由于敷设管线不能用此方法处理。
拟建疏港大道是工业区规划路网中的主干道，且是工业区内拟建的第一条道路，它的建设速度和工程质量会直接影响到整个工业区的建设速度，综合考虑，采用以下方法比较合理：
一般路段采用堆载预压法，桥梁与路基衔接处采用水泥搅拌法处理。
这样处理的优点是：
一般路段由于填方相对较低，路基土承载力和沉降要求相对不高的情况下，采用堆载预压法在较短的时间内能达到预期效果（一般6个月）；而桥梁与路基衔接处采用水泥搅拌法，路基加固效果好，与桥梁的沉降差小。
两种方法相结合既保证了工期，又降低了工程费用。
4.2地基变形计算堆载预压法处理一般路段方法相对较简单，其地基形变在排水固结一段时间后可趋于稳定，而采用水泥搅拌法对桥与路基衔接路段进行地基处理，形成的复合地基需进行软弱下卧层验算和沉降验算，在还需进行沉降差验算。
（1）软弱下卧层验算底面以下为3-1淤泥，根据国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007应按下式验算：
pz＋pcz≤faz式中pz―软弱下卧层顶面处的附加压力值；pcz―软弱下卧层顶面处的自重压力值；faz―软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。
经计算，pz＋pcz=159.98，而faz=192.8，即复合地基满足软弱下卧层验算。
（2）路基沉降验算加固后路基的最终沉降量包括搅拌桩复合土层的压缩变形s1和桩端以下受力土层的压缩变形s2。
据省标准《建筑地基基础设计规范》，s1可取30mm，s2则通过分层总和法计算：
式中ψs―沉降计算经验系数，取值1.5；n―地基变形计算深度范围内的土层数；p0―基础底面处的附加压力（kPa）；Esi―基础底面下第i层土压缩模量（MPa）；zi、zi-1―基础底面至第i层和至第i-1层土底面的距离（m）；、―基础底面至第i层和至第i-1层土底面范围内的平均附加应力系数。
根据以上公式计算得的s2=33.42，s1＋s2＜100mm，即路基沉降满足变形要求。
（3）桥与路衔接处沉降差验算桥与路衔接处需进行高填方，复合地基承载力设计值fspk取100kPa，根据以上方法，可计算得到高填方路段的桩位布置可采取1.3m×1.3m的网格状，此路段的路基最终沉降量s1＋s2=63.42mm。
以2号桥的SZ8孔为例，单桩承载力设计值为3000kN，通过分层总和法计算得到的桥梁基础最终沉降量s=6.3mm，路基与桥梁基础的沉降差为57.12mm。
5．结论
（1）．拟建道路沿线无天然的路基持力层，应进行必要的地基处理，结合工程费用和工期要求，采用以下方法进行处理较为适宜：
一般路段采用堆载预压法，桥梁与路基衔接处采用水泥搅拌法处理。
水泥搅拌桩的有关参数可选择如下：
水泥标号大于225，桩径φ500，桩长12.0m，桩位布置采取1.3m×1.3m网格状。
（2）．桥梁与路衔接处沉降差较大，应设置沉降隔离缝以防止不均匀沉降对路面的损坏。
（3）．堆载预压法结合水泥土搅拌法对软土路基的处理已在该地区类似工程成功运用，可不必通过试验而直接采用。
本工程也在采用了上述路基处理方法后取得了较好的效果，工程已于2009年1月20日顺利通过预验收。
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