浅析城市道路设计中软土路基的处理

浅析城市道路设计中软土路基的处理

摘要：本文笔者结合浙江某城市道路设计实践，通过对工程的沉降固结分析，对道路设计软基处理方法进行了方案的对比，并提出了适合该道路的软基处理形式。

关键词：软基处理；道路设计；固结沉降；固结度计算 一、工程概况

本工程为浙江某片区城市道路，所建道路位于河滩区和冲积平原，属于丘陵地冲积平原和滩涂地，在此基础上实施片区道路。道路填高一般为3～5m，路基附加荷载大，而下卧软土土层厚，须对道路范围内的软土进行处理。

二、道路软基处理的设计标准

根据对工程技术条件的研究和理解，确定软基处理的主要标准和思路如下：

①根据沿线地形、地基土的工程性质、路堤填筑高度及工期要求等采用不同的处理方法；

②处理方案的确定应以减小路基总沉降量，控制工后沉降为主要目的，保证路基稳定为目的；

③总工期能满足进度要求；

④处理方法经济可行，易于施工，施工工艺成熟可靠。

三、道路工程中软土地基的常见处理方法

1、垫层法

采用换土垫层法或换土加筋垫层法进行软基处理时，垫层厚度一般不小于0.5米但不宜超过3米，选用时应与其他处理方法进行经济技术比较后再确定具体处理措施。选用“加筋法”时，其材料宜选用抗拉强度≮30kn、受力时伸长率≯4%~5%、耐久性好、糙度大的土工格栅；也可根据工程实际情况选用其他土工合成材料。

2、粒料桩法

为提高地基承载力，在需进行处理的软土基范围内，利用碎石、砂砾等松散粒料做桩料，利用专业机械制成较大直径的桩体，并对桩内的地基土进行置换

处理，此类称之为粒料桩法，常见的有碎石桩和砂桩。粒料桩适用于松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土以及对变形控制要求不是很严格的饱和软粘土地基工程，对十字板抗剪强度小于10kpa的饱和软粘土地基应谨慎选用。

3、抛石挤淤法

抛石挤淤法适用于常年积水的洼地，不易进行排水施工，且表土呈流动状态，厚度较小石块能沉达底部的泥潭或厚度小于3米的软土基础。一般来讲，采用抛石挤淤法施工的路基，需要较长的沉降稳定观察期，适合修建过渡式路面，但可与其他处理法配合，进行综合处理，保证软土基础更为稳定可靠。

此法中抛填的石料粒径不宜小于30cm，抛填时应从路基的中部先向前抛填后再依次向两侧扩展，以便淤泥向两侧挤出。

4、加固土桩法

用带有回转、翻转、喷粉与搅拌功能的机械，对地基指定范围内的软土进行固化处理，使之得到改良、加固，最终形成加固土桩体的方式即为加固土桩法，常见的有水泥搅拌桩、粉喷桩和旋喷桩。

水泥搅拌桩或粉喷桩适用于淤泥、淤泥质土、饱和粘性土地基；旋喷桩适用于淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑饱和粘性土地基，尤其在施工场地狭窄、净空低、上部土质较硬而下部土质较软弱软土基础上更为适用。当然其中亦有部分特殊情况需区别对待，例如：当地基土天壤含水量小于30%、大于70%或地下水的ph值小于4时不宜采用粉喷桩。5、排水固结法

排水固结法中的排水系统包括水平排水砂垫层和竖向排水体结构，主要目的是改变地基原有排水边界条件、缩短地基孔隙水的排水距离、加速软土的固化过程。通常由水平排水砂垫层、竖向排水体（袋装砂井、塑料排水板）、竖向排水体与水平砂垫层共同构成一个完整的排水系统实现排水固结目标。

6、水泥粉煤灰碎石桩

该法的常用材料为水泥、粉煤灰、碎石，其混合料配比可以根据桩身强度c15砼的强度要求进行试验后再确定比例，cfg桩适用于处理软弱粘性土、粉土、砂土和以自重固结的素填土地基。

四、软基处理设计方案的选择

1、固结沉降计算

软土地基路基的沉降包括：主固结沉降Sc；瞬时沉降Sd；次固结沉降Ss。

路基的沉降验算过程中，考虑路基沉降所需追加路堤高度的荷载的影响，计算采用e～p曲线计算。沉降采用分层总和法，S∞按下式计算：

m为经验系数，当填土附加应力≤60kPa时，取为1.2；当填土附加应力≥100kPa时，取为1.3，中间值内插求得。

压缩层厚度以附加应力与有效自重应力之比不大于0.15或由层底向上1m计算沉降量与总沉降量比值不大于2.5‰确定。

由于淤泥质软土渗透系数小，在附加荷载作用下固结时间很长，根据相关工程经验，路面设计使用年限以后剩余沉降占总沉降量的25%。下表分区计算结果考虑大面积回填海砂引起的淤泥层附加应力的增大。滩涂大面积回填对道路沉降的影响是两面的：提前对下部淤泥层进行长达一年的预压，对减小淤泥的孔隙比降低沉降有利，增大了软弱土层的附加应力，使得总沉降增大。

2固结度计算分析

①计算方法

考虑到排水固结方法的经济性，首先对排水固结法的固结度进行计算。采用同时考虑径向和竖向排水的固结理论计算：

根据浙江地区实际排水固结工程的经验，排水固结堆载预压实测资料推测的预压时间普遍大于理论计算值，笔者认为是固结系数非线性的原因，也有观点是插板施工时对周围土体产生的扰动影响了插板表面排水性能。为了使计算结果更加符合实际，在计算时考虑涂抹效应，取涂抹系数0.85。

②计算结果

填土施工时间假定为4个月，插板间距分别考虑三角形布置间距0.9m，1.0m，1.1m三种情况。并以土层平均厚度6.05m计算，计算结果如表1。

表1固结计算结果表

当采用插板间距1.0m三角形布置，填土施工时间为2个月，预压满载预压时间为6个月(180d)时，固结度可达到94%。从上述计算分析可以确定，当总沉降量小于1.2m情况下，插板间距1.0m，梅花形布置，填土施工期控制大于2个月，满载预压时间6个月，卸载时固结度92%，能够满足设计工后沉降技术要求。

3方案比选

以下方案加固深度统一按10m计算:

①塑料排水板

加固深度不大于20m，工艺成熟，造价低，可有效消除主固结沉降，工期长，难以有效解决次固结沉降；排水板间距为1.1m，根据堆载高度，单价为80-120元/m2；预压期6到8个月。

②塑料排水板真空预压

加固深度不大于15m，可有效消除主固结沉降，适合大面积软基处理，工序要求高，难以有效解决次固结沉降；排水板间距1.1m，单价：130-140元/m2；预压期3到4个月。

③水泥搅拌桩

加固深度不大于15m，工期较短，可有效消除主、次固结沉降，处理深度通常小于18m，造价较高；桩径50cm，间距1.5m，单价：220元/m2；龄期30到60d。

④双向水泥搅拌桩

加固深度不大于25m，对于提高承载力和减少工后沉降效果优于普通水泥搅拌桩，属专利技术；每延米造价60元；龄期30到60d。

⑤动力排水固结

加固深度8～10m，大大降低工后沉降并迅速提高承载力，还可有效地消除砂土液化，施工程序复杂，降水和排水措施必须得到保障，处理深度一般不大于10m；袋装砂井间距1.2m，直径0.07m，单价：150元/m2；强夯期60-90d。

⑥挤密砂桩

加固深度不大于20m，可有效处理易液化地基，造价比碎石桩低，工期较排水固结法短，不适合高承载力要求地基；桩径0.4m，间距1～1.5m，单价：200-280元/m2；预压期6到8个月。

⑦CFG桩

加固深度不大于25m，显著提高承载力和减少沉降，造价较高；桩径0.4m，间距1.8-2m，单价：164元/m2；龄期30-60d。

4设计方案推荐

考虑到造价，本工程不采用CFG桩、双向水泥搅拌桩这类造价较高的工程措施；由于场地范围内广泛存在淤泥质砂、中砂等透水性较大的土层，且分布不规律，考虑到水泥搅拌桩密封墙的施工时间，真空预压工期短的优势也不明显。综合考虑工期和造价，本工程软基方案为：淤泥层厚度较小，堆载6个月后，工后沉降计算满足规范要求的路段，采用塑料排水板堆载预压方式处理；其他路段采用水泥搅拌桩处理。

五、结束语

综上所述，市政道路工程具有工程规模大、软基处理的工期相对较短、工程投资大等特点。软基处理方案的设计，要综合考虑工程造价、工期和质量的可控性等主要因素，同时要吸收项目所在地区近年来的软基处理工程实践中积累的经验。