南京浦口区滨江大道高路堤深厚软基处理设计.pdf

第42卷第20期人民长江Vo1．42，No．202011年10月YangtzeRiverOct．，2011文章编号：1001—4179(2011)20—0068—04南京浦口区滨江大道高路堤深厚软基处理设计姚劲松，董志超(长江勘测规划设计研究责任有限公司，湖北武汉430010)摘要：在高路堤道路工程中，软土路基易产生较大的地基沉降和路堤滑移失稳问题，不但影响工程建设质量，也对工程完建后的运营、维护及安全留下较大隐患。因此，须采取必要的工程措施，以确保工程质量和安全。以南京市浦口区滨江大道工程为例，从设计角度对深厚软基处理方法进行分析，确定塑料排水板法及水泥土搅拌桩的方案对软土路基进行加固。施工过程中，对路基沉降情况进行了监测，沉降监测成果证明了设计的合理性。关键词：深厚软基处理；塑料排水板法；水泥土搅拌桩；沉降监测；南京市中图法分类号：U416．12文献标志码：A我国软土分布广泛，特别是江浙一带沿海地区。于地表，厚1．0～9．0m；②一2层淤泥质粉质黏土，软目前，公路软基处理方法较多，由于不同地区软土性质塑状，局部夹砂土、粉土透镜体，厚5．0～23m，整个场差别较大，因而处理方法也因地而异。软基处理的主区均有分布；②一3层粉土，灰色、饱和、局部夹粉质黏要目的是控制工后沉降和保证路堤的稳定性。在设计土，层厚0．7—10．0m，在K1+305一K2+075之间分中，往往需要根据工程具体情况，对软基处理方案进行布；②一4层粉质黏土与粉土互层，灰色、灰褐色、饱适用性对比与分析，因地制宜，选用技术先进、安全可和、粉质黏土以软塑状为主，局部可塑，层厚1．2～靠、经济合理的处理方法。32．1m，在K1+310～K4+030之间分布；③一1层细本文以南京市浦口区滨江大道工程为例，从设计砂夹粉质黏土，灰色、青灰色、饱和、稍密至中密状，局角度对深厚软基处理方法进行对比分析，并利用施工部夹粉质黏土，层厚一般9．0～35．0m，整个场区均有过程中的沉降观测成果检验设计方案的可靠性。分布。路基代表性地质剖面各土层物理力学指标值如表1工程概况1所示。南京市浦口区滨江大道(城南河路一珍珠南路)3软基处理设计位于浦口区东侧长江北岸宽广的长江漫滩上，走向基本与长江平行。滨江大道线路全长约14．7km，为城3．1软基处理设计标准市次干道，设计车速40km／h，双向4车道，路基宽度(1)稳定安全系数。滨江路路堤正常运用条件下42m，路堤填土高度6～7m。稳定安全系数大于1．30，地基抗剪强度采用固结快剪2工程地质条件指标。(2)容许工后沉降。一般路段不大于30cm。工程区第4系岩性由上到下依次为：①一2层素3．2稳定性及沉降计算分析填土，灰褐色，湿润，以可塑状黏性土为主，层厚2．0～按照设计拟定的路堤堤身断面，结合堤基土层情13．5m，整个场地均有分布；②一1层粉质黏土，分布收稿日期：2011—08—11作者简介：姚劲松，男，工程师，主要从事岩土与遂道工程设计工作。E—mail：js—yao@163．corn 第2O期姚劲松，等：南京浦口区滨江大道高路堤深厚软基处理设计69表1滨江大道路基物理力学性质茎土类土层礓Yd／孔比渗数固数压量内角％(kN·in一)(kN·Il-3)(em·s一‘)10一(em2．8一)MPa一kPa(。)kPaQ①-2素填土30．518．514．02．720．9272×10—64．01610120②一1黏土、粉34．118．413．72．730．9932×10—63．99／107／15l10质黏土②一2撒泥质42．717．612．02．721．2092x10—62．86／84／1270黏土、淤泥质粉质黏土Q：②一3粉土31．118．414．02．700．9242×10—54．911／13l5／22l10②一4粉质黏36．217．913．02．721．0782x10—63．38／96／14120土与粉土互层③一1细砂夹24．318．815．22．680．7702×10—3粉质黏土况，进行路堤整体稳定性及路基沉降计算。S=(m一1+)S(4)3．2．1路堤稳定计算式中，5为任意时刻的地基沉降，Ill；m为沉降系数；S为主固结沉降，m；U为地基总的平均固结度。本次路堤稳定采用瑞典圆弧滑动法计算，基本表达式：通过对多个代表性剖面进行计算，路基总沉降在100—120cm之间，工后沉降为40—60cm，均大于规∑(W。cos0·tanq~+C·z)范允许沉降30cm的要求，因此，必需对软土路基进行F=上L————————————一(1)加固处理。∑(W。sin0)￡=13．3软基处理方案式中，为单元土条重量，浸润线以上用湿容重，浸润3．3．1方案比选线与坡外水位之间用饱和容重，坡外水位以下用浮容重；0为单元土条圆弧切线倾角；C为单元土条凝聚目前，对深厚软基的主要处理措施有：水泥搅拌力；为单元土条内摩擦角。桩、强夯法、塑料排水板、预应力管桩及高真空击密法通过对多个典型剖面进行稳定性计算分析，路堤等。稳定安全系数均满足规范要求，针对路堤稳定性而言，(1)水泥搅拌桩。通过水泥浆与地基土之间发生软基不需特殊处理。的物理一化学反应，提高地基土强度，减小路基沉降。3．2．2路基沉降分析计算该工法施工工艺成熟，效果明显，施工工期短，故搅拌桩能满足本工程要求。但由于该工法需加入水泥加固路基主固结沉降采用分层总和法计算，按下式进行：地基，造价较高。^P(2)强夯法。该法利用夯击能量固结地基，提高s=∑Ah(2)软弱地基承载力，适用于砂土、卵(碎)石土，含水量低式中，为压缩模量；AP为地基中各分层中点的附于25％的杂填土以及粉质黏土地基，一般可获得3—6加应力增量；Ah为分层厚度。In的有效夯实深度。由于本工程软土层较厚，含水量地基的总沉降(S)根据沉降系数(m)与主固结沉较高，不适合采用强夯法施工。降(S，)按下式进行计算：(3)塑料排水板。利用塑料排水板作为竖向排水S=mS(3)体，增加孔隙水排出途经，有效缩短地基排水距离，大沉降系数m为经验系数，与地基条件、荷载强度、幅提高地基排水固结速度，从而提高地基强度和稳定加荷速率等因素有关，取值范围为1．1—1．7。性。该工法施工工艺成熟，造价较水泥搅拌桩便宜，但任意时刻的地基沉降s计算如下：对深厚软基处理需一定的预压荷载及预压时间。本工 70人民长江程可利用高路堤填筑料作为预压荷载，故该方案较适合本工程。(4)预应力管桩。将管桩打穿软基层进入持力层，通过桩顶浇筑的桩帽及桩帽上铺设的垫层形成“桩一网”结构的复合地基，使上部荷载均匀传递到下卧土层，以满足地基承载力及控制工后沉降要求。该方案施工工序简单，技术可靠，但投资较高，较适合软基下有明显持力层的地基处理。图1塑料排水板方票布置(单位：m)(5)高真空击密法。通过高真空压差排水并结合3．3．3水泥土搅拌桩夯击击密，达到降低土层的含水量，提高地基密实度和搅拌桩复合地基主要是通过提高地基承载力，减承载力，控制工后沉降要求。该工法施工工艺较为复小路基沉降来满足工程设计要求。本工程设计复合地杂，工期长，且强夯夯击能量对大堤有一定的影响，不基承载力不小于120kPa。复合地基承载力按下式计适合本工程。算：因此，排水板预压法和水泥土搅拌桩法较适合本工程软基处理。从经济性方面分析，塑料排水板远较。=mT，l。p-+卢(1一m)(7)搅拌桩经济，应作为主要方案选用。考虑到本工程部式中，。为复合地基承载力特征值，kPa；m为面积置分路堤与长江大堤结合，防渗要求较高，当软土层下层换率；为单桩竖向承载力特征值，kN；A为桩的截面为透水层地段时，为避免江水由透水层经排水板渗漏积，m为处理后桩问土承载力特征值，kPa，宜按当至大堤内侧，塑料排水板方案需谨慎使用或不用。而地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征搅拌桩方案则可避免此类情况。经综合比较，结合本值；口为桩间土承载力折减系数。工程路基不同地质条件，对路基软土层下层为弱透水单桩竖向承载力应通过现场载荷试验确定，设计性土层段，采取塑料排水板方案，其余路段采用水泥土时按以下两式计算取小值：搅拌桩方案。R。：A(8)3．3．2塑料排水板法或塑料排水板作用原理和计算方法与袋装砂井排水=P>+otqPAP(9)法相同，计算时把塑料排水板的断面换算成直径相当式中，为与搅拌桩桩身水泥配合比相同的室内加固的袋装砂井，换算公式如下：土试块(边长7O．7mm的立方体)在标准养护条件下d：a(5)订90d龄期的立方体抗压强度平均值，kPa；叼为桩身强式中，d为塑料排水带等效直径；b为塑料排水带宽度折减系数；肛为桩长范围内所划分的土层数；g为度；6为塑料排水带厚度；为换算系数；取0．6～0．9。桩周第i层土的侧阻力特征值；z为桩长范围内第i层在提高地基稳定性方面，主要是考虑因排水固结土的厚度，m；g。为桩端地基土未经修正的承载力特征引起的强度增长，按有效应力法计算提高的地基固结值，kPa；Ot为桩端天然地基土的承载力折减系数。度，公式如下：根据满足复合地基承载力设计要求确定的搅拌桩『S=(．s0+△．s)．，7⋯面积置换率，对路基沉降进行复核。搅拌桩控制路基lAS=UAorsinq~cos8／(1+sinq~)L0，沉降，主要表现为通过搅拌桩面积置换，提高复合地基的压缩模量。由复合地基压缩模量可按下式进行主固式中，s为增强后的地基抗剪强度；S。为天然地基抗结沉降计算：剪强度；叩为考虑剪切蠕变作用等因素的强度综合折减系数；U为地基平均固结度；Aor为破坏面上最大主』s(10)应力增量；为地基固结不排水剪有效内摩擦角。E=mE+(1一m)E堆载预压取路堤填土高度，预压期限为12个月，p通过对沉降控制的计算，对淤泥质软土层下层为弱透式中，E为复合地基压缩模量；E。为桩的压缩模量；水区段采用宽10011"11／1，厚度4ITlm的标准型塑料排水E为桩间土的压缩模量；m为面积置换率。考虑到本工程局部地段软基处理搅拌桩深度达到板按正三角形布置，打穿淤泥质粉质黏土层，间距1．0～1．213"1。方案布置图如图1所示。25m，普通搅拌桩成桩效果很难保证。本次设计对搅 第2O期姚劲松，等：南京浦口区滨江大道高路堤深厚软基处理设计71拌桩深度超过15m的，选用了一种全新的施工工法，即钉形与双向水泥土搅拌桩。钉形水泥土双向搅拌桩是通过对现有的常规水泥土搅拌桩成桩机械进行简单改造，配上专用的动力设备与多功能钻头，采用同心双轴钻杆，通过内外钻杆上叶片的同时双向旋转而形成的桩体。在施工过程中，利用土体的主、被动压力，使钻杆上叶片打开或收缩，桩径随之变大或变小，形成钉图2水泥搅拌桩方案布置(单位：m)形桩。钉形水泥土双向搅拌桩包括了常规水泥土搅拌通过对已完成填筑部分路堤沉降观测成果的分桩的优点，在充分利用水泥土搅拌桩复合地基应力传析，沉降趋于稳定的堤段，塑料排水板处理堤段平均已递规律的基础上，取得了良好的复合效果，大大提高了累计沉降约100cm，搅拌桩处理堤段平均已累计沉降水泥土搅拌桩的成桩质量与经济效益。钉形水泥土双约30cm，与设计计算沉降规律相符。向搅拌桩由于桩身强度的大幅度提高及柱身结构的更4结语趋合理，与常规水泥土搅拌桩相比复合效果更佳，比常规水泥土搅拌桩节省投资15％～35％，并且随着处理高路堤深厚软基沉降稳定处理是路基设计中的难软土深度的增加，其经济效益越发明显。点，也是保证道路工程质量安全的关键。在设计中，需通过对复合地基承载力计算及沉降控制复核，搅要根据工程具体情况，确定合适的软基处理方案。堆拌桩采用正三角形布置：普通搅拌桩桩径0．6m，桩间载预压+塑料排水板对于加快软基沉降固结，减小路距1．2～1．4m；钉形双向搅拌桩下部桩径0．6m，扩大基完工后沉降效果较好。对于施工工期较紧或对地基头桩径1．0m，扩大头段长4．0m，间距1．6—2．0m。防渗有特殊要求时，可采用水泥土搅拌桩法。水泥土方案布置如图2所示。搅拌桩加固处理可较大地提高软土地基承载力，减少路基沉降。软基加固的施工过程需进行必要的监测、3．3．4沉降稳定监测检测工作，实现对软基沉降、位移的动态监控，为指导为了检验软基处理效果及控制路堤填筑速度，施后续施工提供重要的依据。工过程中同步进行了完整的路堤监测。监测项目主要(编辑：常汉生)有沉降观测、水平位移观测及孔隙水压力观测等。Designoftreatmentforthick—-softfoundationofhighembankmentofroadbyriversideinNanjingCityYAOJingsong，DONGZhichao(ChangjiangInstituteofSurvey，Planning，DesignandResearch，Wuhan430010，China)Abstract：Intheroadprojectwithhighembankment，thesoftfoundationeasilyleadstolargersettlement，embankmentslidingandinstability，whichnotonlyinfluencesprojectconstructionquality，butalsocausesconcealedtroublesinfutureoperation，ma·intenaneeandsafetyafterprojectcompletion．Therefore，necessaryengineeringmeasuresmustbeadoptedtoguaranteeprojectqualityandsafety．TakingtheroadbyriversideinNanjingcityasanexample，thetreatmentmethodforthick—softfoundationisanalyzedfromtheaspectofdesignandtheschemewithwaterdrainagebyplasticplateandcement—soilmixingpileisdeterminedtoconsolidatethesoftfoundation．Intheconstruction，thesettlementofroadfoundationismonitoredandthemonitoringresultsindicatethatthedesignisreasonable．Keywords：treatmentforthick—softfoundation；waterdrainagebyplasticplate；cement—soilmixingpile；settlementmonito—ring；Nanjingcity