公路软基处理设计方案的探讨

胡小申

摘要：本文以某公路软基处理实际工程为背景，探讨浅层换填与深层搅拌法两种软基处理方案实际处理效果，并从沉降量、道路等级、工程造价等方面讨论方案的选取，希望能为类似工程软基处理提供一定的借鉴。

关键字：软基处理；浅层换填；深层搅拌法

0 引言

在道路工程的建设中，经常会难以避免的会遇见不良地质，其中以软基最为常见。现在软基处理方法有很多种，浅层换填法、排水固结法、深层搅拌法、高压喷射注浆法等，如何选取软基处理方案是值得每个工程师深思的问题。

1 工程概况

某公路路基宽度15m，双向两车道。道路等级为二级公路，设计车速60Km/h。路基填土最高为12m，路面采用沥青混凝土。

2 岩土工程地质条件

根据钻探综合分析，本道路主要岩土层构成及特征，自上而下描述如下：

①层：素填土，该层结构不均匀，局部为耕土，含植物根茎，本层在沟塘中表现为流塑状塘泥。该层厚度为0.2～1.10米。

②层：粉质粘土，灰黄色，湿，可塑状，含少量Fe、Mn质结核，下部含粉土，韧性中等，无摇振反应，干强度一般。该层分布不均匀，局部缺失。该层厚度为0.5～1.6米。

③层：淤泥质粉质粘土，青灰色，软～流塑状，饱和，含有机质，干强度高，韧性低，该层一般在整个场地都有分布，有粉细砂夹层，呈互层状。该层厚度为5.8～18.9米。

④层：粉细砂，青灰色，松散～稍密状，上部粉砂中含少量粉土，下部粉砂中含细砂，摇振反应迅速。该层揭穿厚度为7.5～21.0米。

以上各土层力学性质指标见下表。

土层代号	土 层 名 称	建 议 值
						fak(Pa)	Es (MPa)
②	粉质粘土	100	3.8
③	淤泥质粉质粘土	65	2.5
④	粉细砂	110	5.6

3 软基设计计算

根据道路地质勘探资料可知：①层素填土厚度较薄且分布不均匀，物理力学性质不稳定，强度不均，属高压缩性土，不可作为路基持力层。②层粉质粘土厚度较薄、分布不均匀且局部缺失，属中高压缩性土，可作路基持力层。③层：淤泥质粉质粘土，软塑～流塑状，力学性质较差，属高压缩性土，该层厚度较大且分布不均匀，未经处理不能作为路基持力层。淤泥质粉质粘土层作为路基主要工作区，本次主要也是对该层软土进行处理，选取浅层换填处理与深层搅拌法处理两种方法进行对比。本次选用理正岩土软件对软基处理进行计算。

沉降计算模型图

（1）基础数据

路堤设计高度: 12.700(m)（路堤高12米，路面折算后0.7m）；

路堤设计顶宽: 15.000(m)；

路堤边坡坡度: 1:1.500；

沉降基准期：180个月（施工期14个月，工后沉降基准期166个月）；

软基计算取③层淤泥质粉质粘土层最大层厚处（18.9m）；

③层淤泥质粉质粘土层物理力学指标

层号	土层厚度	重度	饱和重度	地基承载力	快剪C	快剪Φ
	(m)	(kN/m3)	(kN/m3)	(kPa)	(kPa)	(度)
1	18.9	17.3	17.6	65	6.4	5.3

③层淤泥质粉质粘土层E-P关系曲线图

（
2）软基处理沉降计算

本次软基处理采用浅层换填法、水泥搅拌桩法进行对比，比较两者处理后效果的差异，浅层换填法取换填1m、2m、3m，水泥搅拌桩法取7m、12m、20m进行沉降分析。

1. 未经处理

①路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 13.229(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.529(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.632(m)

基准期结束时,地基沉降 = 1.161(m)

最终地基总沉降 = 1.200*1.609 = 1.931(m)

2. 浅层换填法（换填深度1m）

①路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 13.167(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.467(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.619(m)

基准期结束时,地基沉降 = 1.086(m)

最终地基总沉降 = 1.200*1.542 = 1.851(m)

3. 浅层换填法（换填深度2m）

①路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 13.133(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.433(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.579(m)

基准期结束时,地基沉降 = 1.012(m)

最终地基总沉降 = 1.200*1.467 = 1.761(m)

4. 浅层换填法（换填深度3m）

①路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 13.128(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.428(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.520(m)

基准期结束时,地基沉降 = 0.948(m)

最终地基总沉降 = 1.200*1.398 = 1.678(m)

5. 水泥搅拌桩法（桩长7m）

水泥搅拌桩参数表

长度（m）	布置形式	桩间距（m）	桩土应力比	桩直径（m）	抗剪强度（kpa）
7.0	等边 三角形	1.2	3.5	0.5	15.0

①路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 13.134(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.435(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.543(m)

基准期结束时,地基沉降 = 0.978(m)

最终地基总沉降 = 1.200*1.427 = 1.713(m)

6. 水泥搅拌桩法（桩长12m）

水泥搅拌桩参数表

长度（m）	布置形式	桩间距（m）	桩土应力比	桩直径（m）	抗剪强度（kpa）
12.0	等边 三角形	1.2	3.5	0.5	15.0

① 路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 13.111(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.411(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.487(m)

基准期结束时,地基沉降 = 0.898(m)

最终地基总沉降 = 1.200*1.317 = 1.580(m)

7. 水泥搅拌桩法（桩长20m）

水泥搅拌桩参数表

长度（m）	布置形式	桩间距（m）	桩土应力比	桩直径（m）	抗剪强度（kpa）
20	等边 三角形	1.2	3.5	0.5	15.0

① 路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 13.084(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.384(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.452(m)

基准期结束时,地基沉降 = 0.836(m)

最终地基总沉降 = 1.200*1.180 = 1.416(m)

4 软基处理方案综合比较

根据上述软基沉降计算，将沉降数据整理如下：

软基沉降数据表

软基沉降	未处理	浅层换填深度			水泥搅拌桩桩长
		1m	2m	3m	7m	12m	20m
工后沉降（m）	0.632	0.619	0.579	0.520	0.543	0.487	0.452
总沉降（m）	1.931	1.851	1.761	1.678	1.713	1.580	1.416

根据《公路路基设计规范》JTG D30-2015对路基工后沉降的要求如下表所示：

公路等级	工程位置
	桥台与路堤相邻处	涵洞、箱涵、通道处	一般路段
高速公路	≤0.1	≤0.2	≤0.3
作为干线公路的二级公路	≤0.2	≤0.3	≤0.5

（1）根据上述沉降数据，深层搅拌法处理效果一般要优于浅层换填处理。对于深厚软土路基，相较于浅层换填，优先选用深层搅拌法。

（2）根据规范对二级公路一般路段路基工后沉降不大于0.5m要求，只有水泥搅拌桩（12m、20m）能满足要求。但对于更高等级公路或者二级公路非一般路段，水泥搅拌桩法也无法满足规范要求。我们知道沉降量计算是采用分层总和法计算所得，影响沉降量主要的两个因素：附加应力和地基的压缩模量值。在上覆填土高度不变的情况下，附加应力不变。影响沉降量的只有地基的压缩模量值。

下面做一组试验，分别调整水泥搅拌桩桩径、桩间距、桩长数据，得到沉降数据如下表所示：

软基沉降量数据（m）
桩间距	未处理	水泥搅拌桩桩长
		7m		12m		20m
		桩径0.5m	桩径0.6m	桩径0.5m	桩径0.6m	桩径0.5m	桩径0.6m
1.2m	0.632	0.543	0.518	0.487	0.446	0.452	0.402
1.0m		0.518	0.491	0.446	0.402	0.402	0.347
0.8m		0.485	0.456	0.392	0.346	0.334	0.277

通过上面的数据可知：通过改变水泥搅拌桩桩径、桩间距、桩长数据，对处理软基沉降有一定的效果，但效果不理想。因此对沉降量要求较高的公路或路段可以采用CFG桩或者刚性桩。

（3）软基处理每平米造价对比表

软基处理方案	浅层换填（山皮石换填）			水泥搅拌桩（桩径0.5m，桩间距1.2m）
	1m	2m	3m	7m	12m	20m
造价（元/m2）	120	240	360	280	480	800

由上表可知造价方面浅层换填整体要优于深层搅拌法，对于沉降要求不高的公路或路段，优先用浅层换填处理。

5 结束语

软基处理方案的选取是一个综合比较的过程，需要考虑沉降量、道路等级、工程造价外，还要综合考虑工程地质条件、施工技术成熟度、对周边环境的影响、当地材料等多方面因素。工程师应在工程实践中不断总结经验，为我国交通发展贡献自己的一份力量。

参考文献：

1. 公路路基设计规范 JTG D30-2015

2. 公路软土地基路堤设计与施工技术细则 JTG/T D31-02-2013