论高速公路软土地基的处理-建筑设计论文

论高速公路软土地基的处理
姓名:吴志义
摘要：软基处理是一项系统工程，需要考虑土的特性、地质条件、荷载条件、变形条件、加固方案的成熟性、施工技术的可靠性及质量检测的可操作性等。根据复合地基的设计原理及水泥土搅拌桩的施工特点，提出了基于沉降控制的优化设计及动态施工方法，并结合试验路段的实际地质条件，设计了水泥土搅拌法处理方案及施工方案。
关键词：高速公路，软基处理，复合地基，施工方案设计
国家高速公路网沈海线厦漳高速公路漳州段扩建工程起于厦门与漳州交界处，起点桩号为K481+726，经龙海市角美镇、仓板农场、紫泥镇，跨过九龙江经海澄镇，终于东园镇漳州港互通，终点桩号为YK515+247.196，沿线设有福井分岔、紫泥互通、海澄分岔、漳州港互通等，全长27.872km，设计时速120km/h。扩建工程采用“双侧拼接加宽、单侧加宽、新线”的扩建方案。其中项目起点至福井主线分岔段长3.674km，采用将现有4车道，路基宽26m，双侧扩建成为8车道，路基宽42m的方案；福井主线分岔至海澄主线分岔段长20.549km，采用新建一条双向6车道，路基宽34.5m的新线方案；海澄主线分岔至项目终点长3.649km，道路右幅利用现有的4车道，宽为26m，左幅新建一条4车道，宽为20.75m的单侧加宽方案。本文主要针对沈海线厦漳高速公路漳州段扩建工程的高速公路软基处理进行分析。
1 高速公路软基处理方法
软土地基的特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差及沉降稳定时间长。目前高速公路软土地基常用的处理方法有以下几种：(1)排水固结法(预压法)、(2)强夯法、(3)振冲密实法、(4)爆破挤密法、(5)土桩、灰土桩、CFG桩、(6)水泥土搅拌法、(7)振冲置换法、(8)沉管碎石桩法、(9)强夯置换法、(10)刁5灰桩法、(11)低强度混凝土桩复合地基、(12)EPS超轻质料填土法、(13)加筋土法。针对高速公路软基的变形问题，目前最为常用的是两类方法，即排水固结法和水泥土搅拌法。高速公路软基处理是一项系统工程，需要考虑土的特性、地质条件、荷载条件、变形机理、加固方案的成熟性、施工技术的可靠性和质量检测的难易程度等。根据国内的经验，对正常固结的软土而言，堆载预压法是最经济有效的方法，只是在特殊情况，如工期过急、荷载过大等才会考虑其它方案[1,2]。根据国内几条高速公路建设经验，目前选择软基处理的思路是一般路段采用堆载预压法，结合砂并、塑料排水板进行处理；桥头和构造物过渡段采用水泥土搅拌桩或碎石桩处理。
2 试验工程方案设计
本合同段共设置海澄分岔及漳州港互通两个互通，其中海澄分岔段软土路基段落有3段：BK509+900～BK510+160、YK504+920～BK503+330、ZK504+916～ZK503+315段；漳州港互通立交软基段落有5段：AK0+0.5～+240、EK0+294.441～+452、DK0+040～+172.202及主线段ZK514+191.25～ZK515+266.455、YK514+795～YK515+247.196段。软基处理方法有PTC桩复合地基、CFG桩复合地基、小直径（φ50cm）钻孔灌注桩及堆载预压结合排水固结的处理。
2.1 地基处理方式
（1）预应力混凝土管桩（PTC）复合地基处理
在软土层厚度超过10m时，软土地基采用预应力混凝土管桩(PTC桩)进行处理。本合同段PTC桩复合地基处理段落工7段，分别为BK509+900～BK510+160、ZK504+916～ZK504+956、YK504+920～YK505+140、ZK514+300～ZK515+266.455、YK514+795～YK515+247.196、DK0+140～+172.202、EK0+294.441～+325。PTC桩共计7086根，合计141501延米，桩径为0.4m,间距分别为2.2m、2.5m及3.0m。
考虑到震动对老路路堤的影响，PTC桩采用静压法施工。静压法施工是通过静力压桩机的压桩机自重和桩架上的配重作反力将预制桩压人土中的一种成桩工艺，采用开口型桩尖，机械快速接头,配备性能可靠符合标准的施工机械和设备，确定管桩龄期，施工内容包括地表处理、压桩、浇注桩帽、铺及配碎石砂垫层等，施工过程中插桩、压桩、接桩、送桩必须采取相应的技术措施。
(2) CFG桩复合地基处理
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩,由碎石、石屑、粉煤灰、水泥加水拌和，用各种成桩机制成的具有可变粘结强度的桩型，桩、桩间土和褥垫层形成复合地基。本合同段共有两段采用CFG桩复合地基处理处理，分别为ZK504+956～BK505+315、YK505+140～YK505+330。CFG桩共2149根/16214延米，桩直径为0.4m，桩间距为2.2m、2.5m两种。采用长螺旋钻孔、管内泵压灌注法施工。
(3) 钻孔灌注砼桩复合地基处理
本合同段软基处理中，AK0+30.5～AK0+-3.5段采用小直径钻孔灌注砼桩复合地基处理，为调整桩土应力比，充分发挥桩的作用，本工程设计中还在桩顶配置及配碎石砂加筋褥垫层夹两层双向钢塑复合土工格栅．
（4）塑料排水板堆载预压软基处理
本合同段下列5个软基段落采用塑料排水板堆载预压软基处理：AK0+135～AK0+30.5、AK0+000～AK0+128、AK0+150～AK0+235.76、DK0+140～+040、EK0+325～+452段。塑料排水板施工选择履带式插板机，在插板机上安装排水板打设自动检测记录装置，采用履带式行走方式，要求机体对地基压强小，运转灵活，工作效率满足工期要求。塑料排水板各项力学指标必须符合设计要求。在开始正式大面积施工前，必须进行试验桩施工，确定施工技术参数，堆载过程中要加强监控，施工中根据路堤稳定观测的结果不断予以调整、控制加载速率，确保路堤稳定，减小堆载对临近建筑物的影响，施工过程中随时保持排水沟排水通畅。
2.3 施工质量控制方法
（1）对于预应力混凝土管桩（PTC）复合地基处理来说，施工前按照规范对于桩尖的构造要求和设计图纸要求，对所有到场的桩尖进行测量，不满足设计和管桩规范要求的，不能使用，对所有到场的管桩进行仔细认真地查验，测量管桩的外径、壁厚、桩身、长度、桩身弯曲度等有关尺寸，并详细记录，特别是管壁厚度，由于静压法施工中的夹持力较大，壁厚不够很容易把桩夹碎，同时要对桩身外观质量进行仔细地查验，检查桩身是否粘皮麻面、内外表面是否露筋、表面是否有裂缝、是否断头脱头、桩套箍是否凹陷、表面砼是否坍落等情况，不符合管桩规范要求的，不能使用。根据本合同设计要求，按施工图设计中的桩基深度匹配长度组合桩节，桩基深度大于24m时，不超过三节桩组合，桩基深度小于24m时，不超过二节桩组合。选择合理的桩基施工顺序，能减小桩的侧向位移，对周围建筑物不会有大的影响。压桩施工顺序要先里后外，由中心逐渐往外侧对称施工，在同一桩基，按照桩节组合大小，长桩在下，短桩在上的顺序施工。
（2）对于CFG桩复合地基处理来说，开机前应检查导向架的垂直度，施工中随时保持桩基底盘的水平和导向架的竖直，桩体垂直度偏差不得超过1.5%，桩位偏差不能大于50mm，成桩直径不得小于设计值。提钻和泵压混合料要密切配合，防止提钻过快，提钻速度根据砼的泵送速度和孔径等因素计算确定，提钻过程必须保证钻头没入混合料里面。施工桩长根据设计要求、地质情况和钻进电流变化综合控制，确保桩体穿透软土层进入持力层不小于1米。打桩过程中经常检查桩身混合料的配合比、坍落度、提钻速度、成孔深度、混合料的灌入量，做好记录，对于每盘混合料，试验人员都要进行坍落度的监测，合格后方可进行混合料的投料，在成桩过程中抽样作混合料试块，每台班做1组（3块）试块，测定其28天抗压强度。施工结束后注意保护桩头，在龄期未到之前禁止重型机械碾压。铺设褥垫层后采用重力压实方法或平板振捣器等将褥垫层压密至设计实度，防止下部土层软化。所有质量控制参数须满足规范、设计要求，严格执行设计中的其他质量要求。
（3）对于塑料排水板堆载预压软基处理来说，在插设过程中，如出现塑料排水板随空心套管被拔起（即回带）现象，说明钢靴与套管口封闭不严，有泥砂进入空心套管，塑料排水板与空心套管由于出现磨擦作用而出现回带。此时应去掉钢靴，将套管内泥砂清除干净，保证内壁光洁，重新装靴封闭严实。也可能由于插下塑料排水板后拖延时间过长，塑料排水板在钢靴固定不牢，未拉紧等原因造成。同时塑料排水板露出钢靴的长度可适当增大，提高上拔时的摩阻力作用，即可克服“回带”现象。空心套管在机械工作状态良好时如插不下去，可适当移位，若仍插不下去，说明地基下层出现硬层，可不继续下插，原则上不能影响设计要求排水效果。
3 结语
地基处理是一项系统工程，需要考虑土的特性、地质条件、荷载条件、变形条件、加固方案的成熟性、施工技术的可靠性及质量检测的可操作性等。根据复合地基的设计原理及水泥土搅拌桩的施工特点，提出了基于沉降控制的优化设计及动态施工方法。
参考文献：
[1] 李涛. 真空堆载联合预压处理公路软土地基[J]. 铁道标准设计, 2007,(12).
[2] 张俊杰. 公路软土地基几种常用处治方法适用条件及造价对比[J]. 公路, 2010,(6).