軟土地區(qū)既有道路改建設計要點分析

葉紹棠

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

由于我國東西和南北跨度較大，在長時間的歷史發(fā)展過程中，受到地質(zhì)以及氣候因素的影響，不同區(qū)域的土質(zhì)存在著明顯差異。軟土地基是常見的不良地基，這類地基在含水量和抗剪強度方面的劣勢十分明顯，對新道路建設以及既有道路的改建設計都會產(chǎn)生不利影響[1]?；诖?，文章以廣州南沙區(qū)的現(xiàn)狀S111 道路工程為研究對象，在分析軟土地區(qū)既有道路改建設計工作基本要點的同時，就軟土地基的處理技術進行研究，并提出相應的技術處理要點，以期為軟土地區(qū)的道路建設以及改建提供理論參考。

1 沿線場區(qū)巖土工程條件

根據(jù)勘察結(jié)果，擬建道路沿線場地內(nèi)未見滑坡、崩塌、巖溶、泥石流等不良地質(zhì)作用。沿線場地內(nèi)的特殊性巖土主要為填筑土及軟土。

第一，填筑土。沿線場地內(nèi)的填筑土多為新近堆填，主要由石塊、混凝土塊組成，局部夾少量碎石，松散狀態(tài)，判斷多為周邊建筑垃圾。由于填筑土一般強度低，壓縮性較高，滲透性偏大，開挖易坍塌，是基礎設計及施工時應著重解決的問題。第二，軟土。沿線發(fā)育有軟土，根據(jù)原位測試結(jié)果及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，沿線場地內(nèi)的軟土主要特征為天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低、滲透系數(shù)小。

2 軟土地區(qū)既有道路改建設計要點分析

2.1 工程概況

廣州南沙區(qū)位于我國珠江口的西岸，層狀地貌特征十分明顯，除去當?shù)氐纳降亍⑶鹆旰团_地等，沖積平原和海積平原也是當?shù)胤植紡V泛的地貌，相對高程在4～6m 之間[2]。當?shù)氐臎_積平原主要沿水道兩側(cè)分布，淤泥和淤泥質(zhì)砂也是當?shù)貨_積平原中廣泛分布的沉積物，南沙地區(qū)的軟土面積占當?shù)乜偯娣e的70%～80%。

該項目為番中公路上橫瀝段，是當?shù)厥〉繱111 中的一段，累計長度為3.5km，初始設計速度為60km/h，雙向2 車道+硬路肩，路基的寬度為14m。道路總體由南向北延伸，周邊為村落區(qū)，兩側(cè)主要為農(nóng)田、村鎮(zhèn)等，相交現(xiàn)狀道路包括宜安北路、大滘東街、村村通道路等；道路北段周邊以農(nóng)林用地及水體為主，與現(xiàn)狀大滘涌相交，并有現(xiàn)狀110kV 高壓走廊平行于該路線走向，高壓塔位置與該工程道路邊線較近，因此道路施工時需做好擋土墻防護措施。因為該道路工程建成時間較早，在長時間運營的情況下，出現(xiàn)了明顯的路基沉降與路面碎板等問題。

在該道路改建設計過程中，根據(jù)廣州南沙開發(fā)區(qū)國土資源和規(guī)劃局《關于提供番中公路改造工程規(guī)劃設計條件的復函》（穗規(guī)南函〔2015〕197 號）要求，該道路平面設計基本沿現(xiàn)狀番中公路道路線位走向進行，并在遵照規(guī)劃線位的前提下，選用最經(jīng)濟、合理的線位，對道路中線進行適當調(diào)整優(yōu)化。

該項目沿線建設用地目前主要為農(nóng)田、香蕉地與魚塘，根據(jù)規(guī)劃設計條件的要求，道路縱斷面需滿足該地區(qū)的防洪、排澇要求，道路沿線豎向標高不得低于6.3m，這意味著路基填筑高差較大。

2.2 路基設計要點

必須保證在工程建設和運營期間路基不會出現(xiàn)整體剪切破壞或者局部剪切破壞的現(xiàn)象，以此滿足道路工程運行穩(wěn)定性需求。同時，應保證道路投入使用后，不會出現(xiàn)較大面積的沉降以及不均勻沉降現(xiàn)象，以滿足道路工程強度方面的需求。因此，在路基設計環(huán)節(jié)，從路基穩(wěn)定性、沉降性和路面結(jié)構(gòu)承載力等多個方面進行分析，并在此基礎上提出相應的軟基整改方案[3]。完成軟基處理工作后，還應將路面沉降和路基工程穩(wěn)定性作為主要的控制指標。由此可見，在路基設計環(huán)節(jié)，既有路基范圍處理、路基拼寬設計及橋頭路基過渡段設計是路基設計要點。

該道路工程因為已經(jīng)通行23 年，路基沉降量已經(jīng)超過50cm，公路沉降已趨于穩(wěn)定，既有路基范圍可以不拆除原路面直接進行填筑，不需進行深層軟基處理。

該道路工程原本的高程普遍控制在4.2～5.6m，新路面后高差達1.5～2.5m，為使新建之后的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層和原水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)之間夾層的整體穩(wěn)定性及強度，建議使用石屑進行回填。

路基拼寬設計應在對既有路基進行充分調(diào)查的基礎上，通過分析拼寬部分路基對既有路基變形、穩(wěn)定性及防排水設施功能的影響，制訂合理的技術方案，保證改擴建路基的強度和穩(wěn)定性。

橋頭路基處理分為臺前錐坡處理區(qū)、臺后處理區(qū)及過渡區(qū)，橋頭引道路段往往是軟基設計中的關鍵點，橋頭引道軟基處理完成后，工后沉降要控制在10cm 以內(nèi)。

2.3 路面設計要點

2.3.1 車行路面

原路面為雙向水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，舊有道路平均厚度為23.4cm，道路彎拉強度平均值為4.72MPa。由于工程項目位于軟土路基區(qū)域，路面出現(xiàn)不同程度病害，病害以縱橫向裂縫、不規(guī)則裂縫和碎板為主。同時由于該項目交通量增長較快，交通荷載等級為重交通，在車輛荷載的反復作用下，路面結(jié)構(gòu)疲勞破壞，導致路面性能下降。但項目填筑較高，新建路面結(jié)構(gòu)層以下還需填筑1～2m 石屑墊層，已形成高強度墊層，既有路面無需病害處理，直接填筑壓實后新建路面。

路面設計應考慮地區(qū)氣候特點并結(jié)合交通流量，得出規(guī)劃末期，一條車道的高峰小時交通量為1247pch/h/ln，日交通量為10391pcu/d/ln，一個車道上的累計當量軸次為1.47×107 次，屬于重交通等級，故采用18cm 厚的瀝青混凝土面層+35cm 厚5%水穩(wěn)級配碎石+15cm 厚4%水泥穩(wěn)定石屑+15cm 級配碎石墊層，以滿足工程設計要求。

2.3.2 慢行系統(tǒng)

項目現(xiàn)狀為公路性質(zhì)，無配套慢行系統(tǒng)，道路升級改造不僅需提高行車舒適性，更應適應周邊發(fā)展，建設完善的慢行系統(tǒng)，該項目改造人行道采用高標準花崗巖鋪設，新設非機動車道，采用透水混凝土鋪設。同時，圍繞全要素覆蓋、全方位提升、全過程管理、多方面創(chuàng)新開展工作，形成“4 個街道”的建設成果，從人行道鋪裝、裝飾井蓋、車止石、特色護欄、立體斑馬線、慢行導向設施、多桿合一、道路附屬箱體設施美化、垃圾桶等多方面入手，全面提升交通服務水平。

3 軟土地基既有道路改建設計中針對軟土地基的處理技術

3.1 既有路基范圍處理

現(xiàn)狀路面范圍由于經(jīng)過二十多年車輛荷載及沉降，路基已穩(wěn)定，該路段無需進行深層軟基處理，原人行道、非機動車道、綠化帶拓寬為機動車道部分，因現(xiàn)狀路基已進行過堆載預壓處理，故改建施工不再進行深層軟基處理，采用換填法處理，填方破除舊路面結(jié)構(gòu)或清表后，向下挖除80cm 表土，換填石屑；挖方或低填淺挖路段，挖至路床頂以下80cm，換填石屑。

3.2 橋頭路基處理

橋頭路段路基處理分為臺前錐坡處理區(qū)、臺后處理區(qū)及過渡區(qū)。因橋頭處填土高度大于4m，極容易產(chǎn)生不均勻沉降，為避免橋頭跳車，臺前錐坡處理區(qū)及臺后處理區(qū)采用預應力管樁復合地基處理方式，樁徑400mm，臺前處理范圍為橋臺臺前6m 范圍內(nèi)，臺后處理范圍為橋臺臺后30m 范圍內(nèi)。橋頭過渡區(qū)路基處理采用塑料排水板堆載預壓+水泥攪拌樁處理方式，攪拌樁間距為1.5m，樁徑為600mm，處理范圍為臺后處理區(qū)以外30m 范圍。橋頭路基處理方案如圖1 所示。

圖1 橋頭路基處理方案（單位：m）

3.3 路基拼寬設計

3.3.1 堆載預壓

該工程一般路段現(xiàn)狀基本為魚塘或者農(nóng)田，對于施工條件較好的路段，可采用塑料排水板預壓處理方式。將砂井和塑料排水板插入地基中，隨后使用堆載預壓或者真空預壓的方法，排除黏土中多余的水分，進一步提高軟土的固結(jié)度和地基承載力[4]。結(jié)合施工經(jīng)驗，堆載預壓一般在堆載面下設置墊層，砂墊層應在軟基處理前進行鋪設，砂墊層填筑時應分層壓實，每層壓實厚度為10～20cm，橫向及臺前縱向應延伸出坡腳外0.5～1m，以利于排水，并采用適當?shù)姆绞脚R時防護，以免砂料流失。砂墊層可以作為路堤內(nèi)部的地下排水層，以確保將路堤內(nèi)部的水位控制在合理范圍內(nèi)，為重型施工機械作業(yè)提供支持[5]。

在該工程中，對于路基填方高度小于3m 處，采用塑料排水板超載預壓方式處理；對于路基填方高度大于3m 處，采用塑料排水板等載預壓方式處理。施工時保證排水板間距1.2m，等載面為路面標高以上0.16m，超載值預設為1m，堆載面標高為路面標高以上1.16m。該處理方式的優(yōu)點是工藝成熟、方法簡便，且能造價低，且可有效消除主體固結(jié)沉降。與等載預壓相比，超載預壓可沉降至等載面附近，這樣不需要補填土方，沉降穩(wěn)定后卸載即可。對于工期無特別限制，周邊建筑條件好的區(qū)域，應優(yōu)先考慮采用堆載預壓法進行處理。

堆載過程中，應重點觀測沉降情況及路基穩(wěn)定性，防止路堤滑動。進行下一層填土施工的標準為：路堤中心線垂直沉降小于15mm/日（填土高度在臨界高度以內(nèi)），側(cè)向位移應小于5mm/日。路堤頂面中心線處連續(xù)兩個月觀測沉降速度小于5mm/月時，堆載結(jié)束并卸載，堆載預壓工期為8～10 個月。

3.3.2 水泥攪拌樁處理

對于條件受限，無法滿足堆載預壓所需周期及施工空間的區(qū)域，可采用水泥攪拌樁處理方式。該項目道路沿線存在構(gòu)造物及電塔路段，為了降低地基處理對周邊建筑物的影響，采用單軸雙向水泥攪拌樁處理方式，以保證地基承載力滿足要求。

水泥攪拌樁采用單軸雙向攪拌樁，樁徑50cm，正三角形布置，攪拌樁間距：一般車行道下方采用1.3m間距，其中水泥攪拌樁與橋臺、隧道相接30m 范圍內(nèi)車行道水泥攪拌樁加密處理，間距為1.1m。平均樁長10～15m。軟基處理范圍至坡腳線外采用1m 間距，并保證外側(cè)至少有1 排攪拌樁。水泥攪拌樁齡期為28d，無側(cè)限抗壓強度不小于1MPa，水泥摻量不小于70kg/m。

3.3.3 路基搭接設計

路基搭接設計的目的是消除新舊路間的沉降差異，保證路基穩(wěn)定性。路基搭接設計應在對既有路基進行充分調(diào)查的基礎上，通過分析拼寬部分路基對既有路基變形、穩(wěn)定性及防護排水設施功能的影響，制訂合理的技術方案，保證改擴建路基的強度和穩(wěn)定性。

拼寬部分路基的回彈模量不應小于既有道路設計要求值，應≥40MPa。為保證路基質(zhì)量，路基填料應選用與既有路基相同或較既有路基滲水性更強的填料，同時保證填料質(zhì)量。填筑拼寬段路基基底前應按現(xiàn)行《公路路基施工技術規(guī)范》（JTG/T 3610—2019）要求進行填前碾壓，壓實度不小于96%。

在路基加寬寬度小于等于6m 的情況下，應在加寬部分滿鋪土工格柵；在路基加寬寬度大于6m 的情況下，土工格柵應伸入舊路基不小于2m，伸入加寬路基部分不小于4m。

為提高新舊路基的整體穩(wěn)定性，避免或減少橫向錯臺和縱向裂縫的產(chǎn)生，進行填土路基填筑加寬前，應在保證路基穩(wěn)定的前提下清除舊路邊坡、圬工、未經(jīng)充分壓實的土或其他不適用的土，并按每級臺階寬度不小于1m 開挖臺階，各臺階向內(nèi)傾斜4%。臺階自下而上開挖，開挖一級及時填筑一級。

4 結(jié)語

由于我國各地區(qū)的地質(zhì)條件和氣候環(huán)境存在明顯的差異，在道路工程施工建設及改建過程中，會面臨多種類型的地質(zhì)條件。對我國廣州南沙區(qū)而言，因為當?shù)剀浲恋鼗植驾^為廣泛，且整體含水量較高，對當?shù)氐牡缆犯慕ê托陆〞a(chǎn)生明顯影響。因此，在道路改建設計過程中，應綜合考慮當?shù)氐臍夂蛱卣骷案鞣N控制因素，選擇合理的軟土地基處理方法，從路面處理、路基設計等方面出發(fā)，科學調(diào)整相關內(nèi)容，最終形成完善的設計方案，以確保軟土地基的改建設計工作滿足相關標準要求。