珠海市某道路工程软土路基处理方法分析

1 工程概况

珠海北站TOD项目市政道路工程一期工程二标段，位于珠海国家高新区科技创新海岸（北围）片区。施工内容为3条路，包括主干路2条：内环北路、内环南路；次干路1条：北站东一路。实施总长度1 642.992 m。为确保道路运营期工后沉降满足规范及使用要求，道路路基需进行软基处理，本工程于2017年5月15日开工，施工总工期为600 d。

2 地质条件

2.1 地层岩性

道路沿线原地貌为海冲积淤泥滩，后经人工改造为鱼塘和种植地，现场地已经人工填土平整，原地面至3.5 m标高为吹填砂，3.5 m～4.0 m标高为填土，道路沿线较为平坦。按地质年代和成因类型来划分，在勘探深度范围内揭露的地层自上而下为：人工填筑土、第四系海陆交互相沉积淤泥、粉质粘土及砾砂，燕山期花岗岩残积砂质粘性土。场地内发育的地层按自上而下的顺序依次描述如下：〈1〉素填土：层厚 0.50～11.20 m，平均厚3.99 m；平均标高3.63 m。〈2〉淤泥：层厚2.00～15.50 m，平均厚15 m，平均埋深2.39 m，平均标高1.29 m。〈3〉粉质粘土：层厚1.60～9.40 m，平均厚3.37 m，平均埋深10.98 m，平均标高-7.24 m。〈4〉砾砂：层厚 1.60～10.70 m，平均厚4.26 m，平均埋深13.39 m，平均标高-9.69m。〈5〉粉质粘土：层厚1.0～7.00 m，平均厚2.85 m，平均埋深13.14m，平均标高-9.38m。〈6〉砾砂：层厚 2.00～9.00m，平均厚4.37m，平均埋深15.55m，平均标高-11.79 m。

2.2 水文条件

拟建场地内陆表水系发育，场地内鱼塘密布，河道纵横交错，地表水的补给水源主要为来自通海河道内的海水，水深受潮汐影响。勘察期间测得水深变化幅度约1.90 m。

勘察期间，各钻孔均遇见地下水，为赋存于第四系地层中的孔隙潜水和赋存于基岩各风化带裂隙中的基岩裂隙水，受大气降水、侧向径流补给。水位变化因气候、季节及潮汐而异，丰水季节，地下水位上升，勘察期间测得场地内陆下水的埋藏深度介于0.00～1.80 m。

3 初步选用的软基处理方法

本项目场地分布有软弱淤泥层，淤泥层平均厚度约15 m，属于厚软土层，结合深厚软基处理方法的特点及实用性，满足场地的软基处理方法分别有堆载预压法、真空联合堆载预压法、深层水泥搅拌桩、素混凝土桩和PHC管桩，分别进行介绍如下：

3.1 堆载预压

3.1.1 基本原理：在软土地基中插入竖向排水体（塑料排水板或袋装砂井），通过堆载预压，孔隙水通过竖向排水体排出，加快土体固结，从而提高地基土的性能［1］。

3.1.2 设计参数：结合本项目软土厚度、物理力学性质指标等因素，参数如下：竖向排水体采用SPB100-C型原生料整体式排水板，设计板长20m，板间距1.0m，正方型布置。水平排水层采用60cm的中粗砂，堆载厚度为4.5m，每填土1.0m设置1层土工格栅，设计预压期12个月。

3.2 真空联合堆载预压

3.2.1 基本原理：在软土地基中插入竖向排水体（塑料排水板或袋装砂井），通过抽真空和堆载预压，孔隙水通过竖向排水体排出，加快土体固结，从而提高地基土的性能［2］。

3.2.2 设计参数：结合本项目软土厚度、物理力学性质指标等因素，真空堆载预压法设计参数如下：竖向排水体采用SPB100-B型原生料整体式排水板，设计板长20 m，板间距1.0 m，正方型布置。水平排水层采用60 cm的中粗砂，膜上保护层为50 cm的中粗砂，密封膜3层，密封膜保护层为2层土工布，真空度为-80 kPa，设计预压期7个月。

真空联合堆载预压法由于施加80 kPa的负压，代替了将近4.5 m的堆载荷载，无需卸载，再加上沉降土方荷载，处治效果更好。真空处理时，位移向道路中心，不会失稳，堆载速度快。真空堆载预压法的工期一般为6～9个月，施工周期相对于堆载预压法要短。

该工法既有堆载预压的优点，又能很好的克服堆载预压法的缺点。但是该工法要求控制好施工中的每个环节以及监测的每个环节，才能达到预期的效果。该工法适用于不含有透水夹层，地质纵横向变化不大的深厚软土地基。

3.3 深层水泥搅拌桩

3.3.1 基本原理：深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基将软土或沙等和固化剂强制拌和，使软基硬结而提高地基强度［3］。

3.3.2 设计参数：结合本项目软土厚度、物理力学性质指标等因素，其设计参数如下：桩径60cm，桩间距1.4m，正三角形布置，设计桩长15 m，垫层采用50 cm厚的碎石垫层，垫层内铺设两层双向塑料土工格栅。施工工艺采用4搅4喷，水泥含量90 kg/m。

深层搅拌法适用于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土，含水量高且地基承载力标准值≯120 kPa的粘性土等地基。

水泥搅拌桩桩径不小于0.5 m，水泥含量一般为12%～20%，水泥土强度一般不高。该工法技术基本成熟，但是处理淤泥层时施工过程质量不易控制，桩身容易被压坏，且处理深度有限（一般不超过15 m），深厚软土层（超过15 m）不适用且造价高。

3.4 素混凝土桩

3.4.1 基本原理：素混凝土桩桩身具有较高的强度和刚度，可以全长发挥桩的侧摩阻力，将荷载传递给较深的相对硬层。施工时对桩间土有挤密作用，较大幅度提高地基承载力，减少沉降。

3.4.2 设计参数：素混凝土桩采用桩径50 cm，桩间距1.7 m，正三角形布置，设计桩长30 m，垫层采用50 cm厚的碎石垫层，垫层内铺设两层双向塑料土工格栅。施工工艺采用长螺旋或沉管，桩身采用C15混凝土。

素混凝土桩适用性较好，常用于加固粘性土、粉土、人工填土、淤泥质粘土和黄土等地基。常用的桩径为400mm或500mm，长细比宜≤60，即400mm桩径时加固深度不宜超过25 m，桩径为500mm时加固深度不宜超过30 m。桩身水泥粉煤灰碎石料或者混凝土强度等级为C5～C15。

3.5 PHC管桩

3.5.1 适用范围：管桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、淤泥质土、松散或稍密砂土及素填土等地基。管桩常用的桩型为PTC桩或PHC桩，其桩身强度高，桩体质量有保障，在处理深厚软土有其独特优势。在城市道路软基处理中，该法由于桩间距较大，污水管线地基应单独采用水泥搅拌桩复合地基处理［4］。

3.5.2 设计参数：管桩采用PHC-400-A-95型桩，桩径40 cm，桩间距3.0 m，正方形布置，设计桩长35m，桩顶设置2.0 m×2.0 m×0.3 m的盖板，盖板材料为C30钢筋混凝土，垫层采用40 cm厚的碎石垫层，垫层内铺设两层双向塑料土工格栅，施工工艺采用静压工艺。

4 软基处理方案比选

软基处理方法的选择主要与软土层厚度、软土物理力学指标、上覆填土松散程度、软土层的复杂程度（包括是否有夹层、桩端土层的性质）、周边建筑物分布情况及重要程度、各种处理方法的适用条件、工期、造价等因素有关。

4.1 技术比较

将满足场地的软基处理方法列于表1比较。根据表1所述，从技术角度考虑，满足本项目的软基处理方法有真空联合堆载预压法及管桩法。

4.2 造价比较

根据地质报告，淤泥层厚度约为15 m，采用真空联合堆载预压法处理时塑料排水板的长度约为17.5 m，采用复合地基处理时桩端宜穿透淤泥层，桩基长度约为35 m，按标准横断面宽度20 m选取100 m处理长度进行造价比较。从表2～3可以看出，真空联合堆载预压法每m2的造价小于PHC桩。从技术和经济两方面综合比选，推荐采用真空联合堆载预压法进行软土路基处理。

5 真空联合堆载预压法做法

如图1所示，竖向排水体采用SPB100-B型原生料整体式排水板，板间距为1 m，呈梅花形布置，板长平均为15.5 m，密封膜设置3层，密封膜保护土工布设置2层。粘土搅拌墙直径为70 cm，咬合20 cm，双排布置，深度为6 m。砂垫层厚度为1.1 m。预压期为7个月。

表1 软基处理方法比较表
Table 1 Comparison Table of Soft Foundation Treatment Methods

处理方法 优点 缺点 备注堆载预压 处理后，软土物理力学性质得到提高，残余沉降小，能降低部分管线支护费用。需要大量土方，在处理淤泥施工过程中堆载路堤容易发生失稳，工期较长，一般需要12个月。施工中沉降量较大，对周边建筑物影响较大。珠海地区土源紧缺，同时工期较紧，不推荐使用。真空联合堆载预压土方需求量较少，处理过程中稳定性容易保证，工期相对堆载预压法要短，一般为6～9个月。处理后，软土物理力学性质得到提高，残余沉降小，能降低部分管线支护费用。软土层中有夹砂层时，容易漏气，施工中沉降量较大，对周边建筑物影响较大。本项目场地空旷，经造价比较后使用。水泥搅拌桩 处理后，软土指标及受力性能得到提高，沉降量小，处理效果佳。本项目建设场地软土厚度一般都超过15m，不推荐使用。素混凝土桩 处理后，大部分路堤填土荷载由桩体承担，沉降量小，处理效果佳。根据珠海地区经验，处理深度一般为15m，施工过程中，质量不易控制。本项目软土层厚度超过30m，不推荐使用。管桩 其桩身强度高，桩体质量有保障，在处理深厚软土有较大优势。处理深度超过30m时，施工较困难，且造价较高。桩间距较大，埋深较大的管线基础需要单独处理。综合造价较高 经造价比较后使用。

表2 真空联合堆载预压造价分析表
Table 2 Cost Analysis Table of Vacuum Combined Pile Load Preloading Method

注）①整平标高2m；②厚1.1m，可用海砂；③SPB100-B型原生料整体板；④3层；⑤2层；⑥双排布置，桩径70cm，咬合20cm。

项目 数量 单价 元 总价 元真空联合堆载预压面积m2① 2900 150 435000砂垫层m3② 3190 120 382800排水板（设计板长23m）m③ 66700 4.2 280140密封膜m2④ 13423 15 201344土工布m2⑤ 7777 20 155546粘土密封墙m⑥ 6192 38 235296沉降土方m3 8700 55 478500合计 -- -- 2168627造价m2·元-1 -- -- 748

图1 真空联合堆载预压法处理断面图
Fig.1 Sectional Picture of Vacuum Combined Pile Load Preloading Method

本工程在加固前、后均进行了土工试验，其中钻探取样、室内常规土工实验36件、十字板抗剪强度试验44个点，试验具体安排：加固前在打设排水板后进行，加固后，各区安排在真空卸载后4周内进行，并得出相关物理力学指标对比数据，如表4所示。

以上土工实验数据表明，各区淤泥软基处理后，大部分淤泥已经转变成淤泥质粉质粘土或粉质粘土，含水率ω平均值均降低至52%以下。十字板剪切测试Cu、Cu′值显示，原状土抗剪强度均提高在38 kPa以上，地基土物理力学性质得到较大程度的提高。

表3 PHC管桩造价分析表
Table 3 Cost Analysis Table of PHC Pile

注）①粒径20～50mm；②桩径40cm；③双向、抗拉强度50kNm；④钢筋含量165kg/m3。

项目 数量 单价 元 总价 元PHC管桩处理面积m3① 1400 120 168000 PHC管桩（设计桩长35）m2 2900碎石垫层m② 10889 200 2177778塑料土工格栅m2③ 5600 30 168000盖板C30钢筋混凝土m3 3220 55 177100合计 3436891造价kg④ 497 1500 746013路基填方m2·元-1 1185

6 总结

本文以珠海某道路工程为工程背景，结合项目的地质水文情况，并从施工现场实际情况出发，依据深厚软基处理方法的特点及实用性，着重介绍了几种满足本项目的软基处理方法，然后从技术和造价方面进行综合比选，最终地基处理采用真空联合堆载预压法方案。

表4 物理力学指标对比表
Table 4 Comparison Table of Physical and Mechanical Index

物理力学指标 含水率ω%孔隙比e液性指数IL直接快剪 十字板剪切粘聚力ckPa内摩擦角φ °原状土抗剪强度Cu kPa重塑土抗剪强度Cu′kPa灵敏度St处理前 平均 65.7 1.774 1.67 4.0 2.8 21.24 6.68 3.20标准 66.8 1.803 1.70 4.0 2.6 20.00 6.35 3.16处理后 平均 51.2 1.386 1.16 13.9 7.8 59.09 11.99 4.93标准 54.4 1.483 1.19 12.6 5.6 55.03 11.42 4.69变化幅度（%） 平均 -22.1 -21.9 30.5 247.5 178.6 178.2 79.5 54.1标准 -18.6 -17.7 -30.0 215.0 115.4 175.2 79.5 48.4

参考文献

［1］张晓春.软基处理在高速公路中的应用［J］.山西建筑，2005（2）：69-70.

［2］姜增国，姚志安.真空预压方法在沿海软基处理中的应用及效果分析［J］.岩土工程技术，2005，19（1）：36-38.

［3］董志良，郑新亮.高速公路软基处理方法［J］.水运工程，2004（2）：51-54.

［4］王斌，徐泽中.预应力管桩在高速公路拼接工程软基处理中的设计方法［J］.公路，2004（2）：04-06.