中江高速公路软土路基设计与施工探讨

中江高速公路软土路基设计与施工探讨

陈伟锋,文跃顺

(广东冠粤路桥有限公司,广东广州　510630)

　　摘　要:结合中(山)—江(门)高速公路软基工程实例,对软土路基工作垫层、砂垫层厚

度、土工织物选择等进行设计,并对具体施工方案进行了探讨,对同类工程具有一定的借鉴和

参考作用。

关键词:软土路基;施工方案;探讨　　Ξ

1　工程概况

中山新隆至江门四村高速公路全长32.4km,其中软土路基18.16km。本路段位于珠江三角洲河网区,地势低平广阔,地面高程在1.1～1.6m之间,鱼塘、河沟交错成网,星罗棋布。复杂的沉积环境形成了以滨海相沉积为主,以河流冲积相、湖沉积相为辅的多组分沉积物,软土层的厚度、空间展布特征和粉细砂的分布,存在较大差异。珠江三角洲地区气候炎热,雨量充沛,植物生长茂盛,淤泥层软土沉积物普遍含有大量有机物或植物残体。软土地基主要特征和物理力学性质指标如下:

①淤泥类软土厚度大,平均含水量>60%,流塑,压缩性大,十字板抗剪强度低(C u<15kPa),有机质含量>3%,w L>45%,I P>19,渗透性差,C v<4.5×10-4cm2/s,灵敏性高,受扰动后,抗剪强度可降低30%以上。

②淤泥质粘土层,一般厚5m左右,灰色,呈饱和软塑状态,压缩性较大。

③砂层位于软基底部,厚度约3～5m,浅灰黄色,潮湿、中密、含有少量腐植质,压缩性小,基本无压缩沉降。

2　工作垫层设置

公路路基是公路重要组成部分,主要分为地基和路堤,软土地基和路堤以排水砂垫层为界,砂垫层以下为软土地基,以上为路堤,地基与路堤应有足够的稳定性、耐久性和强度。中江高速公路地处低洼鱼塘地带,水网纵横交错,表层均为淤泥,四周鱼塘常水位偏高。因此增强地基承载力是施工过程中应高度重视的问题,设计要求清除30cm淤泥+回填细砂作为地基初步处理,结合施工现场,笔者对K6+600～K6+800和K16+600～K16+800地质状况基本相似,但用不同施工方案处理地基的两种情况进行对比分析。K6+ 600～K6+800清除表面30cm淤泥后即吹填细砂1.5 m,与周围常水位标高相等;K16+600～K16+800认真做好清除淤泥工作,开挖纵横向排水沟,集水井,使原地面充分暴晒,然后分层填筑1.5m砂性土,并略高出两侧鱼塘常水位。

采用两种不同方法初步处理软土地基后,均加设50cm砂垫层+袋装砂井处理,然后按技术规范填筑路堤。在K6+690和K16+680两断面均布设了软基侧向位移观测仪、孔隙水压力计以及沉降观测板进行观测,结果表明,在路堤填筑过程中,布置砂性土工作垫层路段(K16+800),路基侧向总位移量仅有K6+ 690路段的1/3(图1),孔隙水压力消散明显(图2),地基沉降量明显减小(图3)。

因此填筑砂性土工作层可以起到增加软土地基承载力作用,工作层相当于软基表面设置一个硬壳层,对软基高填方路堤稳定性作用大,同时地基沉降中边板沉降差异明显减少,软土地基整体性良好,从而提高路基抗滑坍能力。

第23卷　第5期

2003年10月

　　　　　　　　　　　　　　　中　外　公　路　　　　　　　　　　　　　75

Ξ收稿日期:2003-06-16

作者简介:陈伟锋,男,大学本科,工程师.

图1　处理路段时间-

位移曲线

图2　

处理路段不同高度实际水压力随时间变化曲线

图3　处理路段沉降-时间曲线

3　砂垫层厚度设置

中江高速公路软基地质情况存在较大差异,中山段K5+600～K24+500路段淤泥厚度一般在15～26m 不等,夹有粉砂,甚至有2～3m 细砂层,而江门段K27+80～K31+000淤泥深则有30～36m 左右,设计全线砂垫层厚度均为50cm 。中江高速公路自2002年开始填筑,于2003年5月基本填筑到等载标高,目前从沉降观测资料显示,K6+850、K12+920、K29+450、K30+060、K30+670主控断面中板累计沉降已

超过2m ,边板也超过1.8m ,对路基巡查发现砂垫层

已经全部沉降在原地面以下1m ,包边土施工完毕后,砂垫层、排水通道被阻断,孔隙水压力得不到有效消散,加载后侧向位移达8.36mm/d ,沉降37mm/d 。由于软基不能排水固结,地基抗剪强度、承载力无法提高,随着附加应力增加,软基出现变形沉降。为确保砂垫层排水通畅,必须保证其始终不低于原地面50cm ,因此砂垫层厚度需根据软基地质情况和设计总沉降量而定,一般不低于80cm ,超过2m 以上总沉降量地段应不低于1.2m 。鉴于部分路段出现砂垫层排水不通情况,中江高速公路总承包项目部采取在路基坡脚设

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4　土工织物选择

中江高速公路全线共设置双向土工格栅156328 m2,单向土工格栅13917m2。路堤填筑施工分吹填砂和填土两种,根据施工过程中主控断面观测资料研究发现,在吹填砂过程中,由于抽水通过砂路堤渗透,砂路堤出现高含水量,无形中增加路堤自重,并且水不断向下渗透,造成袋装砂井排水无法实现,孔隙水压力消散缓慢,填土路段K29+000～K30+900由于砂垫层沉降超过2m以上,整个路堤出现砂垫层不均匀沉降,袋装砂井排水效果不佳。

综合上述情况,决定在袋装砂井施工完成后,至少应铺设一层双向土工布,宽度应宽于砂垫层6m以上(左、右各3m),这样可以在吹填砂中防止路堤向下渗水,袋装砂井排水顺畅,填土路基可以防止泥水污染砂垫层,保证砂垫层横向排水和均匀沉降。

5　路基施工宽度、包边土宽度、封层土厚度确定

　　中江高速公路全线横断面设计为路面顶宽28 m,坡比1∶1.5,年均填土厚度约6.15m,最高填筑厚度10.4m,由于中江高速公路软基物理指标差,平均含水量>60%,十字板抗剪强度5～20kPa左右,根据路基极限填土高度估算:

H=5.5C

r

-B

2m

+B

2m

2

+5.5×C

r

2

式中:C———地基抗剪强度kPa);

r———路基填料容重(kN/m3);

B———路基宽度(m);

m———坡比。

一般极限填土高度为3.85～4.45m,因此在高填方(超过7m)路段,按1∶1.5坡比设计,路基稳定性得不到有效保障。

中江高速公路路基施工均按设计横断面施工,在填筑过程中,由于沉降超过1.5m而出现路基宽度不够现象,为了保证路基在预压期间断面荷载满足完工要求,路基施工宽度因沉降影响和压实应预留1.0m,避免路基重新加宽。

包边土属于路基的一部分,应和填砂路堤形成整体,因此包边土宽度应满足用重型压路机压实的宽度,宜大于3.5m,压实度应>95%,施工期应尽量提前,经历雨季冲刷和砂堤均匀沉降后,形成整体路基。

封层土设计厚度为50cm,公路施工技术规范明确规定路基必须有足够强度,路床压实度不小于95%,施工应分层填筑和分层压实,由于吹填砂为细砂,具有蠕动性,承载力一般为120～150kPa,这样第一层封层土施工压实比较困难,会出现弹簧开裂现象,压实度无法保证。笔者认为封层土厚度至少应保证80cm,最好应设计为1.5m。

6　结构物基底处理

结构物基底处理首先采用粉喷桩复合地基处理。粉喷桩设计水泥用量应不低于50kg,桩顶5m内水泥用量不少于65kg,涵洞基底面应设置1.0m中粗砂垫层,使桩顶部分形成较大强度的柱桩,这样可以大大提高单桩承载力,从而提高复合地基承载力。如果软土地基淤泥厚度小于8m宜采用松木桩加固地基,松木桩直径不小于12cm,间距50cm,桩底进入持力层,桩顶露10cm,采用15cm厚C15素混凝土,形成整体地基。涵洞施工完成后,在涵洞顶部填筑路基时,应设置2～3层双向土工格栅(沿路线前进方向)。设置范围为涵洞中心线前后15m。

7　结语

软土地基清淤后设置砂性土工作垫层可形成硬壳层,增加软基的抗滑能力,砂垫层厚度不宜小于80 cm,封层土厚度应大于80cm,软土地基袋装砂井处理后,砂垫层至少应设置一层土工布,以保证砂垫层横向排水,结构物基底在承载力达不到规定要求时,必须进行复合地基处理,防止涵洞整体下沉。

参考文献:

[1]　地基处理编写委员会.地基处理手册[M].北京:中国建

筑工业出版社,2000.

[2]　J TJ013-95,公路路基设计规范[S].

[3]　J TJ017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范

[S].

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