王莉

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市 300381）

1　概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會的建設(shè)和城市的發(fā)展，很多城市選擇了新城區(qū)建設(shè)，有的城市向大陸縱深發(fā)展，也有很多城市選擇了向大海延伸。每年陸地面積擴(kuò)展速度以數(shù)百上千平方米計(jì)，但軟土地基處理技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上這一迅猛勢頭。目前吹填土土性也愈來愈復(fù)雜，總體上看，從吹填砂礫、粉砂和移山倒海土石料逐漸向細(xì)粒土方向發(fā)展，由此帶來的巖土工程問題也日趨復(fù)雜，技術(shù)含量也更高。

新農(nóng)至西中島公路項(xiàng)目位于大連長興島沿海地區(qū)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為一級公路，全線長約18 km，先后連通陸地、交流島、駱駝島和西中島，其中十余千米路段穿越海灘、鹽田及吹填的軟土地區(qū)。沿線所經(jīng)地貌按成因可分為沖洪積平原、海積階地和潮間帶等。沿線特殊土主要類型為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。其中素填土為第四系全新統(tǒng)人工回填，黃褐色，稍濕，松散，主要由粉砂、黏性土及碎石回填而成，層厚0.50～5.40 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為灰褐色，濕，軟塑，局部混粉砂，分布不均勻，呈透鏡體分布，無搖震反應(yīng)，稍有光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，該層主要分布場地東側(cè)，層厚1.00～6.80 m。這種地基土的特點(diǎn)是強(qiáng)度低、固結(jié)慢、變形大。軟土路基主要位于潮間帶，地表水深0.5～2.0 m。由于該工程受海水波浪侵襲和周邊規(guī)劃高程的影響，路基填土較高，平均填土高度約5 m，局部橋頭路段填土高度8 m左右。

在軟土地區(qū)修筑路堤將產(chǎn)生一系列問題，如地基抗剪強(qiáng)度不夠引起路堤側(cè)向整體滑動，邊坡外側(cè)土體隆起，橋頭路堤縱向沿路線向河床方向產(chǎn)生整體滑動，導(dǎo)致橋臺破壞：人工構(gòu)造物與路堤銜接處產(chǎn)生差異沉降，引起橋頭跳車及路面破壞；路基底面沿橫向產(chǎn)生盆形沉降曲線，導(dǎo)致路面橫坡變緩，影響橫向排水等。對于高速行駛的車輛來說，其安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性均會受到影響，大大降低了道路的功能，同時(shí)也給養(yǎng)護(hù)部門帶來了諸多不便。因此選擇合適的方法對軟土路基加以處理，具有十分重要的意義。

2　工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察場地鉆孔揭露，場地巖土體構(gòu)成及分布規(guī)律自上而下的順序?qū)Ω魍翆拥幕咎卣骶C述見表1。

依據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，給出各段土層的承載力容許值見表2。

3　軟基處理方案

3.1　常用軟基處理方法

結(jié)合工程實(shí)際及類似項(xiàng)目調(diào)研，大連地區(qū)常用的軟基處理方法有：一般路段多采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法、強(qiáng)夯置換法及挖除換填法等；橋頭路基路段多采用水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、振沖碎石樁等軟基處理方法。

堆載預(yù)壓排水固結(jié)法的特點(diǎn)：質(zhì)量可靠、技術(shù)控制難度小、施工簡單、省電，但工期略長，需較大的預(yù)壓材料。

強(qiáng)夯置換法適用于粉砂土和軟黏土地基等，具有施工簡單、工期短、處理質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，且處理深度較深，滿足沉降要求。

挖除換填法基本適用于任何地基情況，優(yōu)點(diǎn)是工期短、施工方便、現(xiàn)場檢測簡便等，缺點(diǎn)是需要大量換填材料。

水泥攪拌樁主要用于加固飽和軟黏土地基。采用水泥攪拌樁復(fù)合地基處理軟基，施工簡便、造價(jià)不高、效果較好，在該地區(qū)使用廣泛，有比較成熟的工程經(jīng)驗(yàn)。但水泥攪拌樁也存在著樁長不能過長（一般不大于15 m）、施工質(zhì)量較難控制等弊病。

高壓旋噴樁適用于處理淤泥，淤泥質(zhì)土，流塑、軟塑或可塑飽和黏性土地基，特別適宜在施工場地狹窄、凈空低、上部土質(zhì)較硬而下部軟弱時(shí)采用，缺點(diǎn)是造價(jià)較高。

碎石擠密樁復(fù)合地基設(shè)備簡單，施工方便、快捷，對材料的要求也不是太高，是一種較經(jīng)濟(jì)、合理的加固軟弱地基技術(shù)。由于復(fù)合地基中的碎石樁體由粗粒材料組成，可起到加速排水固結(jié)的作用，土的強(qiáng)度提高，抵抗樁體側(cè)向變形能力更強(qiáng)，樁體應(yīng)力集中更明顯，達(dá)到樁、土協(xié)調(diào)一致，提高了復(fù)合地基強(qiáng)度，減少地基的沉降量，增強(qiáng)地基穩(wěn)定性。

考慮該項(xiàng)目特點(diǎn)、工程經(jīng)濟(jì)、施工難度及成熟經(jīng)驗(yàn)等，經(jīng)綜合比選，確定該工程一般路段采用強(qiáng)夯置換法，橋頭路基路段采用振沖碎石樁法進(jìn)行路基處理。

表1　巖土體基本特征表

表2　地基土承載力基本容許值一覽表

3.2　該工程軟基處理方案

3.2.1強(qiáng)夯置換

該工程選用強(qiáng)夯置換錘直徑為1.2 m，置換墩中心距為4 m，共進(jìn)行4遍夯擊（2遍點(diǎn)夯，2遍滿夯）。第一遍點(diǎn)夯，夯點(diǎn)間距為4 m，夯擊能為4 000 kN·m（具體夯擊能量應(yīng)通過試夯確定），處理范圍為兩側(cè)道路紅線外延5 m（寬度60 m），采用隔樁跳打的方式，保證連續(xù)兩次夯點(diǎn)間距為8 m，每一次夯擊后應(yīng)及時(shí)平整場地、補(bǔ)充開山石碴。單點(diǎn)最后兩擊夯沉量不超過10 cm，夯擊時(shí)用水準(zhǔn)儀觀測沉降。

經(jīng)間歇期（不少于2周）后進(jìn)行第二遍夯擊，夯點(diǎn)為第一遍點(diǎn)夯中央，夯點(diǎn)間距為4 m，夯擊能為4 000 kN·m（與第一遍夯擊能量相同），處理范圍、施作方法及觀測沉降與第一遍點(diǎn)夯相同。

3.2.2振沖碎石樁

路基兩側(cè)坡腳外15 m位置打壩、抽水、清淤1 m，鋪設(shè)1 m碎石墊層并夯實(shí)，以此作為施工平臺在其上布點(diǎn)進(jìn)行振沖碎石樁施工。平臺頂面寬度為路基兩側(cè)坡腳外各延伸5 m。

碎石樁設(shè)計(jì)中按照承載力控制計(jì)算樁距，樁徑設(shè)計(jì)為0.8 m，橫向路基范圍為加固范圍，按間距2 m正三角形布設(shè)碎石樁；其后20m路基為橋頭過渡段，過渡段和錐坡部分及路基邊坡范圍，按間距2.2 m正三角形布設(shè)碎石樁。

4　加固效果檢驗(yàn)

4.1　強(qiáng)夯置換加固效果檢驗(yàn)

為了解加固范圍內(nèi)巖土的工程地質(zhì)特性，用來比較地基加固后土體的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的改善情況，強(qiáng)夯前分別布設(shè)取樣孔3個，每層土分別取一個樣，試驗(yàn)后在上部填土層（淤泥層）和下臥粉質(zhì)黏土層中分別取6組樣進(jìn)行試驗(yàn)，取樣總數(shù)為12組，進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)及部分特殊性土工試驗(yàn)。室內(nèi)土工測試結(jié)果均值見表3。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，強(qiáng)夯后淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土的含水率和孔隙比均有所下降，但粉質(zhì)黏土的下降幅度不是很大；淤泥質(zhì)黏土的摩擦角有較大提高，但凝聚力有所下降，這與強(qiáng)夯破壞其結(jié)構(gòu)性有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)距離夯坑中心2 m，兩個夯坑中心和三個夯坑中心分別在強(qiáng)夯置換實(shí)驗(yàn)前后進(jìn)行了靜力觸探和動力觸探實(shí)驗(yàn)。從靜力觸探測試結(jié)果可以看出，強(qiáng)夯置換后，距離夯坑中心2 m處和兩坑中心處的比貫入阻力高于強(qiáng)夯置換前，說明強(qiáng)夯置換加固效果較為明顯；在三個夯坑中心處的加固效果稍遜于前兩處。在垂直深度1～7 m段加固效果較好，8 m以下的加固效果不是很明顯，如圖1所示。

從動力觸探測試結(jié)果可以看出，2 m以下的強(qiáng)夯置換效果均較為明顯，2 m以上的錘擊數(shù)有所減小，可能由于強(qiáng)夯置換使土體擾動所致?？傮w來說，強(qiáng)夯置換顯著提高了海相淤泥軟土地基的承載力。強(qiáng)夯置換后地基承載力特征值均大于150 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1　動力觸探曲線

4.2　橋頭段碎石樁處理效果檢驗(yàn)

在強(qiáng)夯置換碎石樁處理軟弱軟地基時(shí)，比較重要的是驗(yàn)證處理后的地基承載力。該工程碎石樁采用正三角形布置，等效影響圓的直徑

面積置換率

復(fù)合地基承載力計(jì)算公式為

式中：fsp,k、fp,k、fs,k分別為復(fù)合地基承載力、碎石樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值、原狀土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

式中：n為樁土應(yīng)力比，通常為2～4。

表3　室內(nèi)土工測試結(jié)果

根據(jù)地勘報(bào)告可知原狀土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為120 kPa，取不同樁徑、樁間距代入上面公式可得到復(fù)合地基承載力為fs,k=174～191 MPa。考慮碎石墊層的作用，預(yù)計(jì)加固后各工點(diǎn)地基的承載力設(shè)計(jì)值均可在180 kPa以上。

根據(jù)規(guī)范要求，路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)（15年）工后沉降標(biāo)準(zhǔn)為一般路段不大于30 cm，橋頭路堤不大于10 cm，涵洞或箱形通道處不大于20 cm。

沉降計(jì)算采用理正軟件、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，輸入ep壓縮曲線，工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)間取 180（個月）。計(jì)算結(jié)果見表4。

從計(jì)算結(jié)果可見，經(jīng)過碎石樁處理后的橋頭段復(fù)合地基承載力及工后沉降均可滿足規(guī)范要求，達(dá)到良好的加固效果。

表4　工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)沉降計(jì)算

5　結(jié)語

在該工程中對于一般路段，采用強(qiáng)夯置換法能達(dá)到理想的地基承載力（大于150 MPa），與傳統(tǒng)挖除換填方法相比，能節(jié)省15%的費(fèi)用，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。對于橋頭路段，采用振沖碎石樁法加固效果明顯，能夠滿足工后沉降要求。此外，沉降與穩(wěn)定動態(tài)監(jiān)測是地基處理施工中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的重要手段，必須請有資質(zhì)的獨(dú)立的第三方進(jìn)行監(jiān)測。為保證施工質(zhì)量，施工前要進(jìn)行成樁工藝和成樁擠密試驗(yàn)。當(dāng)成樁質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整樁間距、填料量提升高度、擠密時(shí)間等施工參數(shù)，重新進(jìn)行試驗(yàn)或改變設(shè)計(jì)。

濱海公路的軟基處理方案應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)條件、不同工點(diǎn)、工程材料供應(yīng)和工期等因素綜合比選，以便選取最優(yōu)方案。