沿海特殊地質(zhì)道路路基設(shè)計(jì)探索

黃日成

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程背景

此工程項(xiàng)目作為廈門新建機(jī)場片區(qū)周邊道路項(xiàng)目，全長6 km，為城市次干路，道路紅線寬度25 m。本項(xiàng)目處于機(jī)場片區(qū)西側(cè)沿海，場地原始地貌位于海灣灘涂，后經(jīng)人工回填(吹填)改造，場地淤泥層厚度較大(最大可達(dá)近14.5 m)。構(gòu)成路基主要影響范圍的土層工程性能總體較差，且分布、埋深、厚度存在較大差異，承載力偏小且沉降速率偏大。

2 方案設(shè)計(jì)

結(jié)合吹土(砂)填海區(qū)域的軟土地質(zhì)特性，對深厚軟土層(主要是不良人工填土和淤泥層厚度大于15 m)區(qū)域采用CFG樁和水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理進(jìn)行對比分析，以選取較優(yōu)的復(fù)合地基處理方式，滿足道路路基設(shè)計(jì)要求。

2.1 設(shè)計(jì)原則

滿足道路穩(wěn)定要求；滿足道路工后沉降要求；滿足市政管線使用功能要求；結(jié)合地質(zhì)、地形及道路使用功能要求提出合理的地基處理方案。

2.2 設(shè)計(jì)思路

本工程深厚軟土區(qū)復(fù)合地基設(shè)計(jì)思路，首先通過理論計(jì)算，初步確定CFG樁和水泥土攪拌樁的樁徑、樁長及樁間距；然后運(yùn)用Midas GTS NX 2021分別建立CFG樁和水泥土攪拌樁的數(shù)值計(jì)算模型，分析該城市道路實(shí)施過程中的路基沉降變形；最后結(jié)合工程造價(jià)，進(jìn)行綜合對比分析，以確定最優(yōu)的復(fù)合地基處理方式。

2.3 參數(shù)計(jì)算

本段道路全線均設(shè)置纜線溝及其它市政管線，擬定工后沉降量≤20 cm，復(fù)合地基承載力特征值≥100 kPa，樁基端部伸入至粗砂層不小于1 m。根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T D31-02-2013)，通過計(jì)算單樁豎向承載力和復(fù)合地基承載力特征值，初步確定CFG樁樁徑為0.5 m，樁長14.5 m，樁間距2.0 m，正方形布置；水泥土攪拌樁樁徑為0.5 m，樁長14.5 m，樁間距1.2 m，正方形布置。

3 數(shù)值分析

3.1 計(jì)算模型

為從整體上把握CFG樁和水泥土攪拌樁地基處理對該城市道路實(shí)施過程中路基沉降變形的影響，選用有限元軟件MIDAS GTS NX建立數(shù)值計(jì)算模型，分析該工程實(shí)施過程的道路路基沉降變形規(guī)律。為了綜合計(jì)算效率和邊界效應(yīng)，結(jié)合工程地質(zhì)條件、道路路基結(jié)構(gòu)形式、地基處理形式等，選取最不利地質(zhì)斷面(不良人工填土、淤泥層最厚斷面處，即14.5 m)進(jìn)行模擬分析。計(jì)算模型如圖1、圖2所示。

圖1 CFG樁路基處理有限元模型

圖2 水泥土攪拌樁樁路基處理有限元模型

本次計(jì)算地層巖土本構(gòu)模型采用莫爾-庫倫彈塑性模型，計(jì)算模型的邊界約束為：模型底部約束水平豎直方向，左右兩側(cè)約束水平方向。

CFG樁和水泥土攪拌樁地基處理的分析工況如表1所示。

表1 施工工況信息

3.2 計(jì)算結(jié)果

各個(gè)工況下，各個(gè)方向累計(jì)變形量最大值如表2、表3所示。

表2 CFG樁路基處理各個(gè)工況下道路路基累計(jì)變形量

表3 水泥土攪拌樁路基處理各個(gè)工況下道路路基累計(jì)變形量

計(jì)算結(jié)果表明，CFG樁和水泥土攪拌樁路基處理后，隨著道路路基路面的施工以及后期運(yùn)營，路基沉降均逐漸增大，CFG樁處理后的道路路基沉降遠(yuǎn)小于水泥土攪拌樁處理后的路基沉降；路基橫向位移變化量均小于1 mm，基本可忽略不計(jì)。

4 效益評價(jià)

根據(jù)該工程軟土地質(zhì)的特點(diǎn)，選擇深厚軟土區(qū)域的100 m道路范圍內(nèi)的CFG樁和水泥土攪拌樁進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性效益分析，工程造價(jià)分析如表4所示。

表4 工程造價(jià)分析

雖然根據(jù)地區(qū)不同，CFG樁和水泥土攪拌樁單價(jià)會(huì)有一定浮動(dòng)，但是二者總價(jià)相差不大，CFG樁總價(jià)略低于水泥土攪拌樁。同時(shí)，CFG具有更高的承載力，能更好地控制道路路基沉降，對于具有深厚軟土層的圍海造地區(qū)域，CFG樁具有更好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

5 結(jié) 論

與水泥土攪拌樁相比，CFG樁的樁身強(qiáng)度、抗壓能力和承載能力更強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效果也比較明顯。CFG樁復(fù)合地基處理可以有效地應(yīng)對沿海圍海造地區(qū)域的復(fù)雜地質(zhì)條件，可以有效地控制道路路基沉降，保證道路結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

同時(shí)，CFG樁施工工藝成熟，施工方便，經(jīng)濟(jì)效益好，值得在圍海造地區(qū)域的類似工程中推廣應(yīng)用。