王大勃
上海市政工程设计研究总院集团佛山斯美设计院有限公司广东佛山528200
摘要：随着城镇化建设加快，我国每年都会投入巨额资金进行道路桥梁等交通基础设施的建设工作。市政道路工程设计质量对工程施工质量和安全有着直接影响。市政路桥工程设计过程中容易受到多种因素影响，导致设计质量存在问题，需要引起我们重视。尤其是广东佛山地区，场地地貌属珠江三角洲冲淤积平原，水系发达，软土较厚，因此道路的路基处理方案尤其重要，若设计质量出现问题，有可能会导致路面不均匀沉降，造成路面不平整，导致路面出现病害，造成出现跳车，坑凹、波浪、起拱等现象，难于满足正常汽车行驶使用要求，对城市市政面貌产生不良影响，对行车人员也有一定的安全隐患。因此软土地基处理设计是道路设计重点。
关键词：市政道路；路基沉降；软土地基处理；地基处理计算；
0 引言
本文通过对道路工程实例，运用理正软件，对道路探讨路基承载及沉降计算，结合实践经验。提出设计过程需要注意的建议，为今后类似工程提供参照。该工程获得由上海市勘察设计行业协会2017年7月颁发的“2017年上海市优秀工程设计二等奖”。
1 工程概况
1.1 工程概况
佛山市魁奇路东延线二期工程全长为4.532km，起于魁奇路与南海大道交叉西侧，经鄱阳村、奇槎村，向东跨东平水道与佛山一环东线相交，终于西龙桥附近。全程双向8条主车道，4条辅道，其中桂澜路以西辅道为双向六车道，以东辅道为双向四车道。如图1。
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图1道路横断面图
拟建道路处于珠江三角洲冲积平原区（佛山市禅城区、南海区、顺德区），路基设计主要受桥梁通道、现有河流的水利净空、被交横向道路需要的净空、洪水位、地下水位及路基稳定性等因素控制。本项目基本为填方，路线沿线河涌、鱼塘密布，线位走向的地下水位较高，设计标高使路床处于干燥或中湿状态。
1.2 地质概况
路基沉降影响深度范围内主要地层为（1）层素填土、（2）层淤泥、淤泥质土、（3）层粉砂层、（4）层粉质黏土、（5）层中砂层。其中（2）层淤泥、淤泥质土层厚度变化大，埋藏浅，含水量高、孔隙比大、强度低，易发生压缩变形，导致地面不均匀沉降，属高压缩性软土层，为不良地基土。最大处孔位达到12m。本次地基处理的搅拌桩桩长设计要求穿越（2）层土，进入（4）或（5）层土。勘察期间实测地下水位埋深一般为在1.0m～2.5m之间左右。
表1地层特性表
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1.3沉降控制标准
对于道路路基沉降控制，一般按《城市道路路基设计规范》（CJJ194-2013）执行，本工程沉降标准：主辅路为整体式路基，主辅路宜采用同样的工后沉降，避免主辅路沉降差异导致的纵向裂缝。
表2工后沉降（路面设计使用年限内残余沉降）容许值
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由于本工程有新老路基相接及拓宽路基。拓宽后路基的质量情况是影响道路扩建后使用寿命的重要因素，而控制结合部处的开裂是保证拓宽改造道路质量的关键之一，需采取各种处治措施，以减少新拓宽路基的沉降量，进一步缩小新老路基的沉降差，同时加强新老路基的衔接，并保证路基的填筑质量，用来减轻新老路基性质差异所产生的危害。
1.4路基处理方案对比
常用的软土地基处理有一下几种处理方式，结合地勘情况和实际现场情况，对方案进行对比分析。
表3特殊地基处理方案比较表
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由于本工程工期紧张，且存在新老路基相接及拓宽路基情况，并且位于市中心，施工受限，存在交通疏导需求。因此需要大量运土方及工期较长的袋装砂井方案不适用，结合相关的地质勘察成果，根据填土性质、地基处理深度、道路等级、路堤宽度和高度、填土来源等，从经济性、可行性和工期等综合分析，按软土分布的厚度不同、路基位置不同，拟作下列方案进行处理：在西龙立交处的主路一般路段及桥台路段及辅道路基段主要采用水泥搅拌桩处理；立交辅路拼宽段、匝道桥头段等填高均较高，基本在3~5m左右，考虑到此处软土较发育，拼宽段沉降差异要求较高，并且老路路侧打桩容易引起老路路基的开裂和不均匀沉降，因此此处根据实际情况可以采用轻质泡沫土作为路床回填材料。
图2道路复合地基处理断面
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2水泥搅拌桩复合地基计算分析
2.1 计算原理及计算分析
水泥深层搅拌桩加固机理是通过水泥的水解和水化反应、水泥水化物与土颗粒之间的离子交换和团粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化学反应而成为具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩体。
软土情况下采用水泥搅拌桩处理，主要解决承载力及沉降问题。
复合地基承载力按《复合地基技术规范》（GB_T50783-2012）第5.2.2条计算。
本次承载力计算共考虑选取最不利钻孔，桩间距均取1.2m三角形布置的情况下2种抗压强度值计算，计算结果如下：
表4复合地基复合承载力计算表
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根据计算结果和计算公式发现，复合地基承载力计算在软土且软土厚度不厚的地质情况下，由于桩周土和桩端土提供的竖向抗压承载力有限，主要跟桩体材料强度有关，即fcu（桩体抗压强度平均值）。因此水泥搅拌桩成桩质量对提高承载力关系比较大。需要重视现场试桩，对于该地区无工程实践的情况下需要勘察阶段做好室内试验。确定桩的主要技术参数（配合比、钻进搅拌速度等等），可作为设计及施工的主要依据。
2.2 复合地基面积置换率的影响
本次计算共考虑选取最不利钻孔，fcu均取1.0MPa的情况下3种不同水泥搅拌桩加固面积置换率（桩间距分别1.0m/1.2m/1.5m）用理正计算软基进行沉降计算。
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由计算数据结论可知，当桩的间距密的情况下，即加固面积置换率高，沉降较小。
因此本工程在桥台和道路相邻处和涵洞处采用桩间距1.0m，主干道采用桩间距1.2m，局部辅道采用桩间距1.5m。通过采用不同桩间距的布置，方案经济合理化，降低道路沉降差，最大化减小不均匀沉降的不利影响。
2.3 复合地基设计要点总结
由于复合地基根据计算分析，提供其性能主要是靠水泥土抗压强度值及加固置换率。
影响抗压强度值的主要因素有：水泥掺入率，龄期、水泥标号，土质含水量及有机质、外掺剂等因素影响。提高配合比、延长龄期及提高水泥标号或做好试桩及室内试验是提高抗压强度值的主要措施。
置换率的变化对承载力的影响非常显著，但由于考虑到经济性原因，不可能主要以加密桩间距为措施，由于单桩承载力取决于桩身强度和土对桩的支撑力，因此根据土层情况，可适当加长桩长，增加桩进入持力层长度，对提高复合地基承载力而言，增加桩长要比提高置换率的经济效果好，而且能缩短工期。
3解决不均匀沉降措施
不均匀沉降发生点主要是在新老路基衔接处、土层变化较大段或者路基处理方式渐变段及桥台后路段，针对以上情况，采用以下措施。
1、新旧老路衔接处处理措施：1）、旧路边坡开挖成台阶状；2）、在新老路基的填筑上运用土工合成材料能有效的增强老路基与拼接路基体间的联接性，限制和协调路基土体的变形，均化荷载，提高拼接路基的抗剪强度，增加拼接路基的整体性。土工合成材料采用2层高强度土工格栅加筋，台阶宽度不少于1.0m。
2、对于强弱不同地基处理路段，采用设置过渡段的方式，通过调整桩间距及桩长渐变。同时设置刚性复合钢塑土工格栅。
3、台后设置刚性搭板，或者采用泡沫轻质土作为路基材料。
4 结 语
1、水泥搅拌桩复合地基的主要作用是提高地基的承载力和路堤的稳定性以及改善地基的变形特性，减少工后沉降。对于主路段和桥台后不同部位通过调整桩间距（置换率）避免产生不均匀沉降，导致跳车等情况。
2、水泥搅拌桩复合地基处理比较适用于软土地区的道路路基处理，但同时具有局限性，有机质含量较高或pH值小于4的酸性土、塑性指数大于25的粘土或在腐蚀性环境中以及无工程经验的地区采用水泥土搅拌法时，必须通过现场和室内试验确定其适用性。桩机设备较高，在城市里面采用主要考虑高压线及对周边房屋的影响。由于搅拌桩施工工艺原因，通过搅拌叶片搅动形成的水泥土加固体，因此在存在地下障碍物或者碎石层的情况下慎用。
3、对于新老路相接及普通路段及桥台后相接段，主要采取设置路基处理过渡衔接段或者设置刚性复合钢塑土工格栅等措施。桥台后同时需要主要路基回填压实质量，并设置搭板的措施。
参考文献：
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