淺談聯網公路軟基路堤設計
摘 要：對東莞鎮區聯網公路軟土地基路堤的設計過程做了簡要論述，并結合工程實際情況介紹了塑料排水板、粉噴樁等軟土地基路堤的計算方法。
關鍵詞：軟土地基 公路 路堤設計 軟基計算
東莞鎮區聯網公路總長207.7km，公路等級一級，設計車速60km/h，雙向四車道或雙向六車道。包含老路改造加鋪瀝青路面、老路拓寬、新建道路三部分。按區域劃分為5個標段。本文就一標段軟土地基路堤設計進行重點論述。
一、水文地質概況
東莞地處珠三角平原區，地勢低平，降雨充沛，河網縱橫，地下水位受河水及潮水水位的影響。一標段內主要地表水系為東江及其支流水網，縱橫交錯。地下水主要為孔隙潛水及基巖裂隙水，局部具微承壓性。地下水位8月期間穩定水位標高介于0.33～2.43m，隨潮汐波動，但年變化幅度不超過2m。
原始地貌單元為海陸混合沉積地貌。建設范圍內普遍分布有軟土，主要特征是：天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，強度低，滲透系數小。軟土工程性質差。
二、特殊路基處理方法
本項目主要采用了以下幾種特殊路基處理方法：
1．墊層法（清淤換填）
本方法用于淺層較軟弱地基，即軟土深度不超過3米。其基本原理是挖除淺層軟土或不良土，換填砂礫，并分層碾壓夯實。該方法可以提高持力層的承載力，減少沉降量。但是如果換填厚度超過3m，從經濟上來說不可取。
2．塑料排水板
本方法用于深厚軟弱地基，且填土高度小于2m的路段。其基本原理是在軟基表面施加大于或等于設計使用荷載，經施工期預壓后，使被加固土體中的孔隙水排出，軟基完成大部分或絕大部分的沉降，預壓完成后卸去預壓荷載，地基有些回彈，交付使用后地基承受使用荷載再次沉降，但沉降量很小（僅為卸載時的回彈量加剩余沉降量）。達到減少路基工后沉降、孔隙水排出同時，有效應力增加，土中孔隙體積減小，密實度加大，土體強度提高，地基承載力也得到提高。
本項目中采用等載預壓。堆載分級施加，荷載施加按設計加載曲線進行。每200～300m設置一個檢測斷面，每個檢測斷面設置沉降板三組及邊樁二組。當每天地基沉降量小于0.02mm時，可停止預壓。
3．粉噴樁
本方法用于深厚軟弱地基，且填土高度大于2m的路段以及橋頭、涵洞等承載力要求較高的路段。其基本原理是通過施工設備將水泥與原狀土的地基土充分攪拌而形成水泥土，通過水泥的水化反應及土顆粒與水泥水化物的凝硬作用、離子交換作用改變軟土的性質，與樁間土形成復合地基，可以大大提高承載力，減少沉降。
三、設計計算
1．塑料排水板
本項目各層土的物理力學指標見表3-1：
各層土的物理力學指標 表3-1
注：該路段地下水埋深0.79m，填土高度2m。
（1）設計
井徑及間距經多次固結試算確定為：等效井徑5cm，井距1m，三角形排列。本段軟土層較厚，底層沒有透水層，排水板的長度為穿透持力層0.5m。平均長度為13.0m。路基底部設置50cm砂墊層。并設置3%～4%的預拱度，保證砂墊層的使用質量。
（2）計算
①沉降計算
總沉降包括瞬時沉降Sd、固結沉降Sc和次固結沉降Ss三部分。瞬時沉降是在加荷初始，地基土的孔隙水壓力來不及消散，土的孔隙來不及調整，由地基側向引起的。這種沉降一般不大，不宜精確計算。固結沉降是在上覆土壓力作用下，地基中的孔隙水逐漸排出，體積發生變化引起的，是地基的主要沉降。次固結沉降是指孔隙水壓力消散后，在一定有效應力的作用下，土骨架由于蠕動變形引起的，這種沉降很小，持續時間很長。
本工程采用壓縮模量（Es）計算主固結沉降Sc：
式中：—壓縮模量；
—地基中各分層中點的附加應力增量；
—分層厚度；
由上式計算得本段軟土地基的主固結沉降為Sc=0.311m，總沉降S=mSc=0.421m。
再根據，
分別計算出竣工時及基準期結束時固結度Ut1、Ut2，則基準期（15年）內殘余沉降St=（Ut2- Ut1）S=0.163m<容許工后沉降0.30m.
②穩定計算
采用有效固結應力法對打排水板前后的路基滑動面進行穩定驗算，比較其安全系數。
路基滑動安全系數采用下式計算：
式中：—地基土內抗剪力，，；
—路堤內抗剪力；
—當第j圖條的滑裂面在路基填料內時，若該土條滑裂面與設置的屠工織物相交，則P為該層土工織物每延米寬（順路線方向）的設計拉力；
—各土條在滑弧切線方向的下滑力的總和，；
經過計算，打排水板前后該段路基的滑動破壞最危險滑裂面安全系數分別為1.071，1.278，說明打排水板后路基才穩定。
2．粉噴樁
本項目各層土的物理力學指標見表3-2：
各層土的物理力學指標 表3-2
注：該段地下水埋深1.05m，填土高度6m，為橋頭路段。
（1）設計
樁徑500mm；多次試算確定樁距1.2m，正方形排列；樁長須穿透持力層0.5m。樁噴粉量50kg/m（32.5R普通硅酸鹽水泥），摻入比約15%。90d齡期無側限極限抗壓強度為1200Kpa。單樁容許承載力為110KN，復合地基承載力為150Kpa。
（2）計算
①單樁承載力及復合地基承載力計算
單樁承載力計算公式：；
式中：—強度折減系數，可取0.35~0.50；
—樁的截面積；
復合地基承載力計算公式：；
式中：—面積置換率；
—樁間土天然承載力標準值；
—樁間土承載力折減系數，當樁端為軟土時，可取0.5~1.0；當樁端為硬土時，可取0.1~0.4；當不考慮樁間軟土作用時，可取0。
根據地質資料，計算得單樁承載力，復合地基承載力。
②沉降計算
樁土復合層壓縮變形按下式進行計算：
式中：—樁土復合層頂面的平均壓力
—樁土復合層地面的附加應力，其值為，其中為樁土復合體的平均容重。
—樁長；
—樁土復合體的變形模量，其值為，分別為樁身灰土和樁間土的變形模量。可�。�100～200）。
復合體底面以下未加固土體的壓縮變形，采用分層綜合法進行。
總沉降。
四、結語
軟土地基在選擇處理措施時，應考慮地基條件、公路條件及施工條件，尤其要考慮處理措施的特點、對地基的適用性和效果，以確定符合處理目的的處理措施。
參考文獻
[1] JTJ017-96．公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S] ．
[2] 劉玉卓主編．公路工程軟基處理[Z]．北京：人民交通出版社．2003．
[3] 劉家豪主編．塑料排水板排水法加固軟基工程實例集[Z]．北京：人民交通出版社．1999．
關鍵詞：軟土地基 公路 路堤設計 軟基計算
東莞鎮區聯網公路總長207.7km，公路等級一級，設計車速60km/h，雙向四車道或雙向六車道。包含老路改造加鋪瀝青路面、老路拓寬、新建道路三部分。按區域劃分為5個標段。本文就一標段軟土地基路堤設計進行重點論述。
一、水文地質概況
東莞地處珠三角平原區，地勢低平，降雨充沛，河網縱橫，地下水位受河水及潮水水位的影響。一標段內主要地表水系為東江及其支流水網，縱橫交錯。地下水主要為孔隙潛水及基巖裂隙水，局部具微承壓性。地下水位8月期間穩定水位標高介于0.33～2.43m，隨潮汐波動，但年變化幅度不超過2m。
原始地貌單元為海陸混合沉積地貌。建設范圍內普遍分布有軟土，主要特征是：天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，強度低，滲透系數小。軟土工程性質差。
二、特殊路基處理方法
本項目主要采用了以下幾種特殊路基處理方法：
1．墊層法（清淤換填）
本方法用于淺層較軟弱地基，即軟土深度不超過3米。其基本原理是挖除淺層軟土或不良土，換填砂礫，并分層碾壓夯實。該方法可以提高持力層的承載力，減少沉降量。但是如果換填厚度超過3m，從經濟上來說不可取。
2．塑料排水板
本方法用于深厚軟弱地基，且填土高度小于2m的路段。其基本原理是在軟基表面施加大于或等于設計使用荷載，經施工期預壓后，使被加固土體中的孔隙水排出，軟基完成大部分或絕大部分的沉降，預壓完成后卸去預壓荷載，地基有些回彈，交付使用后地基承受使用荷載再次沉降，但沉降量很小（僅為卸載時的回彈量加剩余沉降量）。達到減少路基工后沉降、孔隙水排出同時，有效應力增加，土中孔隙體積減小，密實度加大，土體強度提高，地基承載力也得到提高。
本項目中采用等載預壓。堆載分級施加，荷載施加按設計加載曲線進行。每200～300m設置一個檢測斷面，每個檢測斷面設置沉降板三組及邊樁二組。當每天地基沉降量小于0.02mm時，可停止預壓。
3．粉噴樁
本方法用于深厚軟弱地基，且填土高度大于2m的路段以及橋頭、涵洞等承載力要求較高的路段。其基本原理是通過施工設備將水泥與原狀土的地基土充分攪拌而形成水泥土，通過水泥的水化反應及土顆粒與水泥水化物的凝硬作用、離子交換作用改變軟土的性質，與樁間土形成復合地基，可以大大提高承載力，減少沉降。
三、設計計算
1．塑料排水板
本項目各層土的物理力學指標見表3-1：
各層土的物理力學指標 表3-1
注：該路段地下水埋深0.79m，填土高度2m。
（1）設計
井徑及間距經多次固結試算確定為：等效井徑5cm，井距1m，三角形排列。本段軟土層較厚，底層沒有透水層，排水板的長度為穿透持力層0.5m。平均長度為13.0m。路基底部設置50cm砂墊層。并設置3%～4%的預拱度，保證砂墊層的使用質量。
（2）計算
①沉降計算
總沉降包括瞬時沉降Sd、固結沉降Sc和次固結沉降Ss三部分。瞬時沉降是在加荷初始，地基土的孔隙水壓力來不及消散，土的孔隙來不及調整，由地基側向引起的。這種沉降一般不大，不宜精確計算。固結沉降是在上覆土壓力作用下，地基中的孔隙水逐漸排出，體積發生變化引起的，是地基的主要沉降。次固結沉降是指孔隙水壓力消散后，在一定有效應力的作用下，土骨架由于蠕動變形引起的，這種沉降很小，持續時間很長。
本工程采用壓縮模量（Es）計算主固結沉降Sc：
式中：—壓縮模量；
—地基中各分層中點的附加應力增量；
—分層厚度；
由上式計算得本段軟土地基的主固結沉降為Sc=0.311m，總沉降S=mSc=0.421m。
再根據，
分別計算出竣工時及基準期結束時固結度Ut1、Ut2，則基準期（15年）內殘余沉降St=（Ut2- Ut1）S=0.163m<容許工后沉降0.30m.
②穩定計算
采用有效固結應力法對打排水板前后的路基滑動面進行穩定驗算，比較其安全系數。
路基滑動安全系數采用下式計算：
式中：—地基土內抗剪力，，；
—路堤內抗剪力；
—當第j圖條的滑裂面在路基填料內時，若該土條滑裂面與設置的屠工織物相交，則P為該層土工織物每延米寬（順路線方向）的設計拉力；
—各土條在滑弧切線方向的下滑力的總和，；
經過計算，打排水板前后該段路基的滑動破壞最危險滑裂面安全系數分別為1.071，1.278，說明打排水板后路基才穩定。
2．粉噴樁
本項目各層土的物理力學指標見表3-2：
各層土的物理力學指標 表3-2
注：該段地下水埋深1.05m，填土高度6m，為橋頭路段。
（1）設計
樁徑500mm；多次試算確定樁距1.2m，正方形排列；樁長須穿透持力層0.5m。樁噴粉量50kg/m（32.5R普通硅酸鹽水泥），摻入比約15%。90d齡期無側限極限抗壓強度為1200Kpa。單樁容許承載力為110KN，復合地基承載力為150Kpa。
（2）計算
①單樁承載力及復合地基承載力計算
單樁承載力計算公式：；
式中：—強度折減系數，可取0.35~0.50；
—樁的截面積；
復合地基承載力計算公式：；
式中：—面積置換率；
—樁間土天然承載力標準值；
—樁間土承載力折減系數，當樁端為軟土時，可取0.5~1.0；當樁端為硬土時，可取0.1~0.4；當不考慮樁間軟土作用時，可取0。
根據地質資料，計算得單樁承載力，復合地基承載力。
②沉降計算
樁土復合層壓縮變形按下式進行計算：
式中：—樁土復合層頂面的平均壓力
—樁土復合層地面的附加應力，其值為，其中為樁土復合體的平均容重。
—樁長；
—樁土復合體的變形模量，其值為，分別為樁身灰土和樁間土的變形模量。可�。�100～200）。
復合體底面以下未加固土體的壓縮變形，采用分層綜合法進行。
總沉降。
四、結語
軟土地基在選擇處理措施時，應考慮地基條件、公路條件及施工條件，尤其要考慮處理措施的特點、對地基的適用性和效果，以確定符合處理目的的處理措施。
參考文獻
[1] JTJ017-96．公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S] ．
[2] 劉玉卓主編．公路工程軟基處理[Z]．北京：人民交通出版社．2003．
[3] 劉家豪主編．塑料排水板排水法加固軟基工程實例集[Z]．北京：人民交通出版社．1999．
關鍵字：建筑,北京
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