浅析道路设计中软土路基处理方法

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摘要：本文从软土地基的确认及设计程序标准、软基处理方法等方面，结合工作经验谈谈了软基处理的设计思路和过程，探讨软土路基处理方法。

关键词：软土路基处理方法道路设计

Abstract: This paper confirms the design procedure standard, soft foundation treatment methods from the soft soil foundation and the design procedure standard and talks about ideas and design process of soft soil treatment, methods of soft soil subgrade treatment.

Keywords: soft soil subgrade; treatment method; road design;

中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：

前言

正所谓天然强度低、压缩性高、透水性小的软弱土层即软土路基。根据孔隙比及有机质含量，结合含水量、压缩系数、渗透系数、快剪强度及天然容重等，可将软土划分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭 5 种类型。在道路设计过程中，会遇到很多软土地基。

1 软土地基的确认及设计程序

在软土地基上进行路基填筑设计时，先以不考虑处理的原地基进行设计，内容是在给定的设计条件（路面结构、宽度、设计荷载等）下，按直接在土层上填筑方式以计算稳定和沉降量，了解在不处理的地基上进行填土施工的安全性以及铺装后产生的沉降量是否小于容许值。一旦填土施工的工后沉降大于容许值时，则表面原地基不能满足设计使用要求，需进行软基设计处理，应针对具体问题选择处理方法，再进行稳定和沉降计算，直至软基设计方案满足设计使用要求。填土稳定计算和沉降计算的设计条件为：

1.1 地基条件

区分软土地基的生成、成层状态、排水条件、各层土质常数（压实特性和强度特性等）。

1.2 施工条件

如填土形状、工程规模、进度、填土材料的常数（单位体积重和强度特性等）、沿线环境及与用地有关的限制条件等。

1.3 道路条件

如道路等级、技术要求、容许工后沉降量、必要的安全率等。掌握以上设计条件后先通过定性判断对本项目采用浅层处理方案，再依据定量计算确定换填处理深度、材料等。针对区域内地质勘察的不同结果，表明其软弱土质随着地段的不同有着明显的区别，这就要求在进行软基设计处理时，将路段按地质情况的不同加以区分。

2 工程设计标准

软土地基处理的目的是同时满足稳定性要求和沉降要求，而对于拓宽工程而言，沉降 （差异沉降） 控制成为软基处理需解决的最关键问题。因为相对于新软基上路堤填筑而言，加宽路堤变形控制要求更高，除要求控制总沉降和工后沉降外，最重要的是控制工后差异沉降。拓宽路基处新老路基的差异沉降的控制标准，规范规定 “原有路基与拓宽路基的路拱横坡度的工后增大值不应大于 0.5％”，但是并未明确可用于设计计算的差异沉降值。

从工程使用而言，对工后容许的差异沉降的确定，最主要应满足路面结构的功能性要求以及结构性要求，路面的功能性要求也即保证车辆高速行驶中的平稳、舒适、安全以及路面排水顺畅，而结构性要求最直观的即为保证路面不开裂。为慎重起见，本次设计对此进行专题研究，通过调研和计算分析，从路面结构的功能性要求和结构性要求两方面着手，分析软土地基上容许的差异沉降。

3 软基处理方法

3.1 PTC 桩复合地基

预制混凝土桩基工程与一般基础工程相比，具有桩材质量好、施工快、工程地质适应性强、 场地文明等优点。根据目前我国预应力管桩生产的实际情况，管桩按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩（代号PC）、预应力高强混凝土管桩（代号PHC）和预应力混凝土薄壁管桩（代号PTC） 。

预应力管桩在工业与民用建筑中应用广泛，且已形成比较成熟的理论，设计主要以承载力和沉降控制。当道路填土较薄，填土荷载较小时，承载力一般能满足要求，设计以沉降控制为主，即以沉降控制复合桩基理论进行设计计算；而当填土较高，填土荷载较大时，除了控制沉降外，还应复核承载力是否满足要求。

由于预应力管桩造价较一般的水泥土桩要高，同时桩身强度大，承载力高，因此在设计中采用充分发挥桩同工作和疏化桩距的方法来进行复合地基的设计，采用疏桩结构是其最大的特点，也是其在设计方法上区别于一般传统的道路地基处理方法的特性所在。考虑到振动对老路堤的影响，本程采用静压施工方法。从减小挤土效应考虑，采用开口型桩尖。考虑到接头的质量可靠性及施工速度较快（以便能顺利压桩）等原因，要求采用机械快速接头。为了调整桩土应力比，充分发挥桩的作用，在桩顶设置级配碎石砂加筋褥垫层 50cm，夹两层双向钢塑复合土工格栅。 坡体上 PTC 桩桩顶加筋垫层 30cm 夹单层双向钢塑复合土工格栅。为了防止应力集中而产生较大的桩顶刺入，在桩顶设置桩帽，桩帽为双面配筋的现浇钢筋混凝土板，桩帽与桩为现浇混凝土连接。

3.2 水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）复合地基

CFG 桩即水泥粉煤灰碎石桩由碎石、石屑、粉煤灰，掺适量水泥加水拌和，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。桩体中的粗骨料为碎石；石屑为中等粒径骨料，可使级配良好。根据工程实际情况，水泥粉煤灰碎石桩常用的施工艺包括长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩、振动成管灌注成桩。考虑到挤土效应对老路堤的影响，本工程设计采用长螺旋钻管内泵压施工工艺。目前，CFG 桩复合地基主要用于高层建筑和超高层建筑中。它粘结强度可以说是复合地基的代表。褥垫层是 CFG 桩复合地基和基础的连接纽带。不论桩的持力层是一般土层还是坚硬土层，该桩都可以保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大。因此，在承受荷载时桩间土表面应力比桩顶应力小。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样， 复合地基的承载能力会大幅度提高。

3.3 小直径钻孔灌注混凝土桩复合地基

钻孔灌注混凝土桩在工业与民用建筑中应用广泛，且已形成比较成熟的理论，设计主要以承载力和沉降控制。在道路地基处理工程中，其设计计算方法与上述预应力混凝土薄壁管桩相同。但是，预应力混凝土薄壁管桩具有一定的挤土效应，且对施工场地有一定的净空要求， 而钻孔灌注混凝土桩具有无挤土效应，场地适应性强，桩身质量可靠等特点。因此，在工程中钻孔灌注混凝土桩主要应用于桥头段及其他对挤土效应需严格控制的地段，或高压线等附近静压管桩施工受干扰的地段。

3.4 双向水泥搅拌桩处理路基

双向水泥搅拌桩利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的双向搅拌机械，在地基深处，就地将软土和固化剂强制搅拌，固化剂和软土之间产生一系列的物理和化学反应后硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。相对于其它软基处理方法，水泥搅拌桩不仅可以提高软土地基的承载力和减少软土地基的沉降。同时其施工工期短、功效高、

造价较低，故在软土地基处理中得到广泛的应用。

4 软基处理方案

软土路基处理方法按处理深度分为浅层处理和深层处理。深层处理（深厚软弱地基）常采用塑料排水板，粉喷桩法等，而浅层处理常采用换填法，换填法通常用于软土路基分布范围较小，深度≤3m 的情况，换填法处理基本原理是挖除浅层软土或不良土，换填砂砾，并分层碾压夯实。该方法可以提高持力层的承载力，减少沉降量，具有施工工艺简单，投资少的特点，是施工中经常采用的方法。换填料可视具体情况选用粘性土、改良土或其他适宜材料，垫层材料可选用砂、碎砾石、改良土等。根据项目地质勘查结果，某项目①层软土埋深普遍小于2m（多为0.6~1.5m ），而②、③层不良土质（土质稍差，粉质粘土、粉土，含水量较大）埋深较大。某项目道路为开发区园区道路，主要为企业服务，道路标准低，工期要求紧，如果换填厚度超过 3m，从经济上来说不可取，设计中从路基工作区受力的角度确定换填深度。

路基在工作过程中， 同时受到由路面上传递下来的车辆荷载，以及路基和路面的自重作用，车辆荷载产生的垂直应力 δ1随深度的增加而减小，自重应力 δ2则随深度的增加而加大，因此，车轮荷载在土基中产生的应力 δ1与土基自重应力之比亦随之急剧变小。 如果此比值减小到一定数值，如 10~20%，即在某一深度 Za 处，行车荷载在土基中产生的应力仅为土基自重应力的 1/5~1/10，与土基自重引起的应力相比，车辆荷载在 Za以下土基中产生的应力已经很小，不会产生对软弱土基的压缩，可忽略不计。一般后轴重 100kN 作用深度为 1.9~2.4m，即道路换填深度（包括路堤填筑高度）不宜小于此值。因为路面材料的强度及单位体积的重力比土基的大，路基工作区的实际深度随路面强度的增加而减小，但均应使天然地基下部土层能满足路基工作区的设计要求，如采用碎石垫层等。

5 结 语

软土地基处理问题的研究与设计合理与否，势必会直接影响到道路修筑后的行车质量。由于天然地基的构成往往是复杂而不均匀的，且对地基的变形或破坏的机理尚未确定合理而正确的计算方法，因此不能拘泥于或过分地相信设计的安全率和沉降量，最好通过工程的全过程建立动态观测。

参考文献

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