濱湖相軟基處理設計

賓江宏，王 俊

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，武漢市 430023）

1 工程概況

昌宏路是昆明市南北向重要的城市主干道，其中一段又是三環線道路的重要組成部分，從北向南依次連接了朱家村立交、廣福路、南繞城公路和環湖東路等數條重要的交通干道，將承擔極大的交通負荷。作為城市I級主干道，決定了其較高的設計標準。

昌宏路南段近5 km的范圍位于環滇池湖泊沉積區域，路基下部存在的深厚泥炭質軟土是環滇池流域的典型地質特征，滇池流域也因此成為我國濱湖相軟土地質的典型區域。與我國其他地區的軟土地質情況相比，滇池流域的軟土地質有以下特點：

（1）孔隙比很大，一般在2～3左右，部分達到8以上。

（2）含水量高，一般在300%左右，部分可以達到600%。

（3）天然重度小，比重較一般粘土、有機質土輕，多在10 kN/m3左右。

（4）有機質含量高，一般在50%左右，甚至達到90%以上，限和塑限很大，壓縮性很高。

（5）承載力很低，一般承載力基本容許值在40～90 kPa。

（6）土體滲透性隨荷載變化明顯，低荷載時滲透性很大，隨著荷載加大滲透性降低。

由上述數據可以看出，滇池流域的地質是具有明顯湖相軟土性質的軟土地質。為保證工程的使用性能，必須采取有效的地基處理方式。因此軟土地基的處理成為該工程的主要工作之一。

2 土層分布及處理方式分析

2.1 土層分布

該工程南段的軟土地質情況大致可以分為以下兩種：

第一種情況土層分布如表1所示。其表層有粘土“硬殼層”，且下部軟土厚度在10～14 m左右。此種分布占工程范圍的大部分。

表1 土層分布及參數表

第二種情況分布于長度約800 m的濕地范圍內，表層及其以下約16 m深度范圍均分布為淤泥或泥炭，加之長期受湖塘及地下水浸泡，軟土含水率及承載力等指標較上述第一種情況差。

2.2 處理方式分析

該道路設計中，由于考慮環境影響、與周邊地塊的銜接、地下管線敷設和防洪水位等因素，排除了橋梁建設方式而采取了填高3～5 m的路堤結構。這對于路堤下部存在深厚軟土的地質條件來說具有較不利影響。對于深層軟弱土地基上的填方路堤處理，一般應考慮兩方面設計內容：強度設計和變形及穩定性設計。

針對于地基強度設計就是要提高地基承載力水平，不出現較大沉降，滿足使用要求。目前較常采用的地基處理方式如表2所示。

表2 主要軟土地基處理方法比較表

結合表2所述，對于本地區較為適宜的地基處理方式應該是擠密法。其主要原理見表2，根據其填料的不同，主要有碎石、砂石等散體材料類樁和石灰、二灰、水泥土等粘結材料類樁。對于碎石樁、砂石樁等散體材料類樁，由于材料本身沒有粘結強度，其適用范圍僅限于深度較小、液化性能較好的砂土類軟土，所以可選取的地基處理方式基本確定為粘結材料類擠密樁，而此類樁體中常見的樁體材料強度較高、復合模量好的樁型為CFG樁（水泥、粉煤灰碎石樁）、素混凝土樁等。

CFG樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑等材料加水拌合而成，用相應的成樁機械制成的可變強度樁。通過調整水泥摻量及配比，其強度等級可在C5～C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種高粘結強度樁。CFG樁體和樁間土、褥墊層共同受力形成復合地基，CFG樁具有樁體強度較高、樁土效果明顯、施工簡單和造價低廉等明顯優點。

素混凝土樁復合地基的原理與CFG樁基本一致，僅樁體材料采用了混凝土材料，它較CFG樁的主要優點在于樁體材料可采用廠拌材料，施工質量更易于保證，對于上述第二種地質情況下的樁體應優先選用素混凝土樁。當混凝土標號不高于C20強度等級時可簡稱為LC（Low Strength Concrete即低強度素混凝土）樁。

由于以上所述CFG樁和素混凝土樁的優點，并結合昆明地區的軟基處理習慣，本次設計第一種地質情況采用CFG樁復合地基方法，第二種地質情況采用低標號素混凝土樁（LC樁）復合地基方法。

3 復合地基設計

3.1 CFG樁復合地基設計

由表1土層分布可知，大部分區域上層分布有一定厚度的粘土層(俗稱為“硬殼層”)可以用作樁機平臺和支持樁體的上部穩定。該土層下部存在有厚度6～10m的淤泥及泥炭質土層，含水量高，承載力極低。該軟弱土層下部有厚度較大的粉土，該土層較為密實，且具有一定的承載力，可以作為樁底的持力層。根據《建筑地基處理技術規范》設計樁體，其相關參數見表3。

表3 CFG樁復合地基設計參數

CFG樁的樁土應力比可以在20以上，是一般散體材料樁的數十倍以上。樁頂鋪設的級配碎石褥墊層用以保證樁土的共同受力和協調地基不均勻沉降，相關的檢測數據顯示,進行CFG樁復合地基處理后的復合地基承載力比天然地基承載力高出2～3倍，壓縮模量較天然地基提高2倍以上。

施工技藝采用振動沉管灌注法（適用于一般開闊無建筑物區域）和長螺旋泵送混合料法（適用于距離結構建筑物50 m范圍以內對機械振動敏感區域），推薦采用振動沉管法施工技藝，其良好的擠土效應對于樁土共同受力有著很好的作用，但是對于部分極易受擾動影響的軟弱土應進行試樁觀測、評價后予以確定施工技藝。

3.2 低標號素混凝土樁(LC樁)復合地基設計

第二種地質條件極差的區域，從地面往下16 m左右均為淤泥及泥炭質軟土，區域內軟土的承載力水平極低，且具有明顯的觸變性能（靈敏度St可達到8），土體極易受到擾動影響，不具備作為成樁施工平臺的條件，而且敏感性軟土條件對成樁效果影響明顯，為此考慮先期人為填筑一定厚度的“硬殼層”。同時宜選用水泥混凝土為成樁材料控制施工質量，素混凝土樁（LC樁）復合地基的設計參數見表4。

表4 素混凝土樁（LC樁）設計參數表

該樁體設計中將樁體強度提高到C20強度等級，樁體填料建議采用廠拌商品混凝土，以較好地保證樁身強度和成樁效果。布樁形式設計為正三角形布樁，樁體面積置換率提高到7%，可以更好地適應本區域地質條件，提高樁土效應。

考慮該區域內土體明顯的觸變性，軟弱土體一經擾動便會很快失去結構強度而破壞，土體強度的喪失會對新成樁體產生很大的附加壓力，極有可能導致新成樁受力破壞，因此振動沉管施工技藝的施工方法對本段土質條件不適用。該段樁體施工方法推薦為長螺旋鉆孔泵送混凝土料的方法，由于沒有明顯的擠土效應，故樁體施工建議由四周向中央的圈式圍擋順序，樁體間進行隔樁跳打法，以避免鉆孔和樁體擴孔產生的擠土效應對尚未達到強度的樁體產生破壞。

當然，此種施工方法亦存在明顯弊端，采用長螺旋法沒有產生良好的擠土效應，對樁土共同作用的復合地基承載力的提高失去了輔助作用，因此在樁體完整性和土體擠密效果產生較大沖突時應視具體情況對施工方法予以選擇。

3.3 路基變形與邊坡穩定性控制

對于LC樁復合地基處理區域，由于其下部存在深厚的含水率極大的泥炭質土，雖進行了復合地基處理，卻不能從根本上改變軟土性質，進行復合地基處理后仍可能存在以下問題：

（1）由于該區域范圍內原地面無足夠寬度的天然“硬殼層”分散路堤荷載應力，所以在路堤的豎向堆載作用下會產生豎向固結沉降及側向流動現象。該現象還會隨著堆載作用的加大而變得明顯，雖然部分土體的豎向固結對樁土效應的提高有一定幫助作用，也符合復合地基的設計思想。但是土體的豎向固結和側向滑移如不加以有效控制，會造成后期地基沉降量過大、樁體剪斷等問題。

（2）本區域內由于受到防洪水位控制，路基基本采取3～5 m以上的填方路堤結構，這對于下部存在深厚軟土的地質情況較為不利。加之受到用地紅線約束，未能對紅線外一定區域施打樁體形成復合地基結構。因此，路堤坡腳外的深厚軟土無法抵御較大的下滑力，路堤邊坡穩定性成為主要的安全性問題之一，由此可能產生的破壞形式有以下兩種（如圖1、圖2所示）：一種是軟土擾動后流動引起的地基隆起破壞；另一種是由于邊坡坡腳無支擋結構引起的邊坡失穩破壞。

圖1 土體流動破壞示意

圖2 邊坡失穩破壞示意

對于以上可能存在的破壞形式有如表5解決辦法。

表5 常見邊坡穩定處理方式

如上文所述，本區域受到用地等因素的影響，較難采用上述的前三種方法。為此設計中引入了埋地式抗滑樁支擋結構，該抗滑樁的設計參數見表6，設計圖參見圖3。

表6 鋼筋混凝土抗滑樁設計參數

圖3 素混凝土樁和抗滑樁聯合使用示意圖

該樁體設置在路堤坡腳位置處，樁底進入土質條件相對較好的粉土層或粘土層，樁頂設置冠梁、擋土墻及排水邊溝。該樁的主要作用可以闡述為以下幾點：

（1）多向受力體系，維持結構均衡受力。該樁體主要承擔復合地基擠土效應形成的主動土壓力、路堤外土體的被動土壓力、路堤下滑力（斜向剪切力）等多種力，可有效維持受力體系的平衡。

（2）有效抵御地基下部軟土的滑移變形?？够瑯稑稄皆O計為0.8 m，樁間距為1.5 m，所以樁體的凈間距僅為0.7 m，樁體相對密集，有類似于地下連續墻結構的作用，可以在一定程度上抵御軟土的側向水平滑移和斜向剪切滑移，為防止素混凝土樁的樁身剪斷破壞、維持路堤邊坡穩定和減小最終沉降量提供一定保障作用。

（3）為地基的固結排水過程提供排水通道。下部深厚的泥炭質軟土含水量極高，且呈現明顯的高壓縮性，土體的蠕變沉降占總沉降量的很大比例，而土體的蠕變性能與其滲透排水性能有很大關系。經過路基堆載后，下部軟土的滲透性明顯降低，如不能提供良好的排水通道，軟基蠕變沉降速率將會明顯變慢，這對于路堤后期使用時的穩定性能不利。為保證下部軟基的先期沉降速率，應該為其排水固結過程提供良好的排水通道。憑借抗滑樁群形成的地下排樁體系，可以在其兩側形成一側土體受側限，一側土體部分側限的狀態，受側限土體的內部孔隙水會自然排入壓力相對較小的部分側限土體內部?？够瑯堕g的凈間距為0.7 m，可以為固結排水提供良好的排水通道，且有助于加快地基的沉降穩定。

（4）兼做擋墻基礎用以維持路基穩定?？够瑯渡喜抗诹何恢迷O置擋土墻結構，用以維持路基邊坡的穩定，抗滑樁兼做擋墻的樁基礎可以有效提高擋墻的抗傾覆力。

抗滑樁的施工建議在復合地基施工前進行，且應達到設計強度標準后再進行路堤填筑工作，以更好地發揮自身的作用。

4 結語

CFG樁和素混凝土樁復合地基在處理深厚泥炭質軟土中可以取得較好的效果，如設計過程中根據實際情況適當加入其它同步處理形式（如本文介紹的抗滑樁設計）配合復合地基共同作用，并根據樁體受力特點和實際場地情況合理選擇適用的施工方法更可以起到事半功倍的效果，從而從設計、施工、監測等多角度保證軟基處理的整體效果。

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