谭化川 许源华 党 政

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

在我国西南地区，软土广泛存在于内地河湖、山间谷地，在该区域山区进行道路工程建设时，难免穿越软土区域，须针对不同面积、不同厚度，以及不同性质的软土，结合工程的特点选择桥、路基等形式穿过软土。目前软土的治理技术相对成熟，治理方法及施工工艺也相对多样[1]。本文主要研究填方路基基底为软土的情形，结合项目特点，研究刚性桩复合地基在软土基底处治中的应用。

1 工程概况

云南省某高速公路K10+658-K10+870段路基左侧为填方路基，填筑于一山洼中，路基全长约220 m，填方设计坡比为1∶1.5～1∶1.75，左侧最大填方高度22 m，原设计从造价及土石方调配情况来考虑，将该段道路设计为填方路基，以消耗弃方，减少投资。路基左侧坡脚现存1条输油管线与设计线位近平行布设，线路填方坡脚与输油管线最小与距离约8 m，管径300 mm，埋深约2 m，处于正常工作状态。原设计填方坡脚设置6～10 m高路堤墙收坡保持与输油管线的距离。

施工单位进场对该区域进行开挖后，现场揭示下挖5 m深度仍为软土，场区积水。经补勘，该段路基上覆淤泥质黏土、含碎石粉质黏土，物理力学参数低，路基填筑存在整体失稳的风险，为确保路堤及输油管线的安全，须对该路基基底的软土进行加固处置。

2 软土区形成背景及分布特点

2.1 软土形成背景

场区位于滇中高原。地貌类型为侵蚀低中山地貌,水系属长江流域金沙江水系。属低纬度高原山地季风气候,年平均降水量约为1 000.5 mm，全年干、湿季分明，年温差不大而日温差明显。

场区位于扬子准地台西部，微地貌地形起伏相对较大，且属不均匀地基，故场区划分为对建筑抗震不利地段。根据相关资料、规范，场区场地类别为II类，地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震动峰值加速度为0.20g，场区地震基本烈度为VIII度。

2.2 工程地质条件

场区覆盖层有冲洪积层(Qal+pl)淤泥质黏土：灰、灰黑色，软塑状，饱水，含少量水草腐植物根茎，具腥臭味，分部在场区洼地，钻孔揭露厚度0.0～17.0 m。该淤泥质黏土重度γ=17 kN/m3，饱水状态下黏聚力c=12 kPa， 内摩擦角φ=5°，地基容许承载力[fa0]=60 kPa，压缩模量E=3.5 MPa，工程地质条件较差，在工程状态下极易产生塑性变形或构造物的不均匀沉降，填方路堤存在沿该层失稳的风险。

场区周边坡面覆盖层为残坡积层(Qel+dl)碎石土：褐黄色、黄色，稍湿、稍密，碎石成份主要为砂岩、泥岩，粒径0.5～15 cm，含量65%，场区附近均有分布，厚度0.0～10.0 m。正常工况下，碎石土层重度γ=19 kN/m3，黏聚力c=14 kPa， 内摩擦角φ=18°，地基容许承载力[fa0]=300 kPa。

场区下伏基岩为泥盆系上统宰格组(D3z)白云岩、泥盆系中统海口组(D2h)砂岩。根据岩体的节理、裂隙发育特征、岩体完整程度、软硬程度、风化程度，将基岩划分为强、中风化2层，岩土力学特征较好。

3 填方路堤稳定性评价

根据现场调查及勘察资料，参照国内相关工程技术规范[2]，对该段路基选取典型剖面采用简化Bishop法进行填方路基和地基的稳定性计算，计算断面见图1，路堤沿软弱层滑动的稳定性计算采用安全系数为正常工况1.3、暴雨工况1.2，地震工况1.15。

根据填方边坡坡形特征及工程地质条件，结合计算分析及工程类比，该边坡可能为填方体沿基底软弱层整体剪出破坏，采用圆弧滑动法对各种破坏形式潜在滑动面进行自动搜索，得到最危险潜在滑动面。本文使用“理正岩土”软件对路堤进行稳定性计算。

图1 典型计算断面图(尺寸单位：m)

在正常工况、暴雨工况、地震工况下通过理正软件自动搜索计算断面的最不利滑动面，断面稳定性计算结果见表1。

表1 填方路堤剖面剩余下滑力(治理前)

由表1可见，边坡在防护前，填方路堤在正常工况、暴雨工况和地震工况下最不利滑动面系数均小于1，填方路堤填筑后均处于不稳定状态，采用规范规定的路堤稳定性系数计算路堤在不同工况下剩余下滑力均大于5 000 kN,采用常规的软土换填、坡脚支挡等方案难以达到治理效果，由于坡脚外侧附近还存在输油管线，因此，软土基底治理的方案既要保证填方路基填筑后的整体稳定，还要保证施工过程中不能对土体形成大的扰动，确保输油管线不受影响。

4 软土加固治理方案研究

4.1 治理方案选取

软土地基的治理，可根据厚度划分为浅层软土(≤于3 m)和深层软土(>3 m)[3]，由于浅层软土固结沉降量小，滑动破坏的危险性一般也较小，主要以砂垫层法、稳定剂处治法、换填法、强夯法、反压护道法、抛石挤淤法等为主；而对于深层软土层，一般使用垂直排水、挤实砂桩、桩基复合地基等方法配合浅层处理方法来进行[4-5]。

本文所研究的填方路堤基底软土厚度为6～18 m，属深层软土，换填、强夯等方法难以达到治理的效果；又受输油管线的影响，无法对填方路基采取反压护道、抛石挤淤等方法进行治理；为避免施工过程中施工振动对输油管线结构的破坏，须选用对周边土体影响较小的旋挖灌注桩或长螺旋灌注桩的施工工艺。在CFG桩与刚性桩2种类型的选择上，由于工地附近难以购买到粉煤灰，现场施工工期紧，综合各方面因素，经计算，本段软土基底选择C25素混凝土灌注桩复合地基处治方案，采用长螺旋钻进施工对该段软土基底进行施工。

4.2 方案研究及计算

研究的填方路基在坡脚处设置了挡墙收坡，避免路基放坡压覆输油管线，因此软土基底治理划分为2部分：①填方体治理区域；②路堤墙基础治理区域。具体区域划分见图2。调整后挡墙高度5～7 m，挡墙地基承载力须大于230 kPa，挡墙区域设置0.5 m孔径C25素混凝土桩基，桩间距1.5 m，正三角形布置，桩基置换率为0.1，挡墙区域有效桩长≥4 m，桩基嵌入基岩不小于1.0 m；填方区域设置0.5 m孔径C25素混凝土桩基，桩间距2.0 m，正方形布置，桩基置换率为0.049，路基区域有效桩长≥6 m，桩基嵌入基岩不小于1.0 m。

图2 软土治理区域划分平面图

桩基参数中刚性桩的综合抗剪强度τ1可取28 d无侧限抗压强度的1/2， C25素混凝土桩的设计抗压强度为11.9 MPa，其综合抗剪强度τ1为5 950 kPa。经计算，挡墙区域复合地基的综合抗剪强度τ2为：5 950 kPa×0.10=595 kPa，填方体区域复合地基综合抗剪强度τ3为5 950 kPa×0.049=291 kPa。考虑到桩周土地质条件差，受剪时桩与桩周土存在相对位移，同时成桩过程中存在缩径、断桩的可能，根据西南山区复合地基成桩经验，综合抗剪强度按照0.7进行折减，复合地基整体抗剪强度分别为τ2=416，τ3=203 kPa。

采用简化Bishop法对治理后的填方路基和地基进行稳定性计算，计算断面见图1，根据上文的研究，治理方案中软土基底治理区域划分为挡墙治理区(挡墙基础下伏软土基底)及填方路基治理区(除挡墙治理范围以外的填方区)，计算时将横断面中设置C25素混凝土桩区域的计算抗剪指标参数由黏聚力c、 内摩擦角φ替换为十字板不排水抗剪强度τ进行稳定性验算，挡墙治理区及路基治理区的复合地基抗剪强度τ2、τ3分别为416，203 kPa，采用理正岩土软件计算不同工况下剩余下滑力值。

软土地基经过治理后，根据GB/T 50783-2012要求计算得出：C25素混凝土桩单桩承载力标准值≥640 kN，设计复合地基填方区承载力标准值≥0.20 MPa，挡墙区承载力标准值≥0.25 MPa，处治后的地基承载力均能满足挡墙及填方路堤的要求；典型断面整体稳定性计算结果见表2。

表2 填方路堤剖面剩余下滑力(治理前后对比)

由表2可见，横断面在各种工况下剩余下滑力均小于0，治理后路基和地基处于整体稳定状态，达到了路基的治理效果，且采用长螺旋灌注桩进行施工对周边土体扰动小，可确保输油管线的正常运营；因此，该段软土路基采用设置C25素混凝土桩复合地基的治理方案是可行的。

4.3 方案实施注意事项

桩施工前必须先进行成桩试验，桩孔内灌入的混凝土量按每根桩填料量的1.2倍计。桩施工应由路中线向填方边缘两侧进行，先施工填方区域桩基，后施工挡墙区域桩基，施工过程中要对输油管线附近场地进行监测，防止施工扰动对输油管线造成影响。桩施工前应对场地回填0.5 m挖方石渣预压，施工完成后在桩基顶部铺垫一层0.3 m厚的碎石褥垫层，压实度不小于93%。在填方区软垫层顶面铺设一层土工格栅，在陡斜坡面超挖4 m反向平台。填方体填料采用岩土力学性质较好的挖方石渣填筑，分层铺填，采用大吨位压路机碾压压实，填筑至路床时，在路床范围设置2层土工格栅，以降低路基不均匀沉降。

5 结语

1) 软土基底处治在工程建设中常见，须在勘察设计阶段做好勘察设计工作，对治理方案进行合理的比选；在施工阶段保证施工质量，避免给后期运营遗留病害。

2) 本文中软土层厚度大，同时受输油管线的影响，既要保证路基的稳定，又要保证输油管线的安全，软土治理的条件限制大；经比选确定采用C25素混凝土桩复合地基方案加固土体，并采用长螺旋灌注桩工艺，满足现场施工条件的需求。

3) 复合地基施工完成以后，在桩基顶部铺垫一层0.3 m厚的碎石褥垫层，并在垫层顶面铺设一层土工格栅，在陡斜坡面超挖4 m平台台阶，且在路床范围设置2层土工格栅，增强路堤的整体稳定性，减小不均匀沉降，达到深层治理+浅层处理的目的。

4) 本文软土路基的治理，不仅丰富了软土路基治理的案例，也可为后期其他工程遇类似的情况提供参考。