摘要：以市政道路软土处理为例，详细阐述了处理新进填土的方案比选以及振动沉管碎石桩的加固原理、方案设计、计算过程、试桩检测等多个方面内容。
关键词：市政道路、新进填土、振动沉管碎石桩、方案设计
一、工程概况
本次设计的湖南省怀化市舞阳大道新建市政道路工程是怀化经济开发区两纵四横中的一条南北向城市主干道，道路全长7714.842米，道路红线宽度为60米，南起滨江南路，与23条市政道路（包含已建、在建、规划道路）相交后止于天星西路。依据施工复勘结果，K2+820~K3+020段含有新进填土（堆填时间约2年，未完成自重固结）0.70m~11.00m不等，平均厚度7.68m，新进填土为两侧地块施工和道路施工开挖山体堆填弃方所致。拟建场地范围内还埋设有临时给水管道及电力架空线。
二、环境地质条件
2.1地形地貌
怀化市经开区舞阳大道道路工程（K2+820～K3+020）路段，所处的地形地貌类型主要为剥溶（蚀）丘陵地貌。该路大致呈北向南展布，勘察阶段沿线均已整平，地势起伏较小。其路面设计标高223.751～224.929m，高差为1.18m，设计路基标高坡率为0.00～0.59%。沿线地面标高为220.23～226.07m，最高处位于K2+900，最低处位于K2+820，相对高差5.84m。
拟建场地两侧为污水处理厂、创新创业园一期标准化厂房，建筑退让约5m，均为多层建筑3F～5F。
2.2气象水文
拟建怀化市舞阳大道项目场地属亚热带季风湿润气候区，四季分明，降水充沛。多年平均降雨量1387.9mm，最大1935.4mm（1977年），最小973.1mm（1978年），多集中在4～8月份；多年平均日照时间为1450h，多年平均蒸发量1434.9mm；多年平均降雨天数157天，年平均大雾天数20天，年主导风向为偏南风，夏季多西南风，最大风速210m/s，平均相对湿度77.00%，最大积雪深度28cm。
2.3地层岩性
沿线分布地层主要为第四系素填土①、第四系粘土②，根据钻探揭露，拟建场地内岩土层的特征自上而下分述如下：
2.4地质构造及地震
场地属于怀化复向斜，呈南北走向。核部由震旦——寒武系组成，北西翼被晚古生代地层覆盖，区内未发现次级断裂构造。
该区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为6度区。
根据本地区经验及区域地质资料可知，素填土为软弱土层，平均剪切波速Vs=130m/s；粘土为中软土，平均剪切波速Vs=190m/s；等效剪切波速为Vse=144.50m/s。
根据本地区经验及区域地质资料可知，场地覆盖层厚度11.86m左右。场地类别为Ⅱ类，场地土为中软土，设计地震分组为第一组，设计特征周期值为0.35s，结合地区经验，判定该地段为可建设的不利地段。等效剪切波速估算列表如下：
等效剪切波速估算表
2.5水文地质条件
现场勘察期间（2017年5月16日～2017年5月28日），钻孔完成24小时于钻孔中实测稳定水位30孔次，均未量测到地下水。
2.6不良地质作用及特殊性岩土
2.6.1拟建场地不良地质作用不发育。
2.6.2K2+820～K3+020段素填土厚度0.70（局部）～11.00m，该素填土厚度较大应进行地基处理。
2.7岩土基本参数
主要岩土层参数建议值
三、方案比选
根据调查，怀化市当地常用的软土处理方法包括换填垫层法、抛石挤淤、强夯、水泥土搅拌桩、振冲碎石桩、振动沉管碎石桩上述5种，针对项目的具体情况，按上述5种软土处理方法进行分析比选。
3.1换填垫层法
换填垫层法一般适合处理深度较浅（深度＜3m）的软土路基，若深度较深依然采用此处理方法则费用较高，施工用地范围较大，且存在大面积弃土的问题，由于本段软土厚度较深，故此方法不适用于本路段处理。
3.2抛石挤淤
抛石挤淤适用于泥炭呈流动状态，厚度不大于3m，且片石能沉达底部，由于本项目软土为新进填土，故抛石挤淤不适用于此软土形式。
3.3强夯
强夯适用于处理本段软土形式，但道路红线离已建成建筑物仅为5m左右，强夯施工对建筑物结构有影响，故不适用于本项目。
3.4复合地基
3.4.1水泥土搅拌桩
其中湿法适用于处理本段软土形式，但由于本项目石方弃方较多，本着节约造价的原则，故不采用此处理方案。
3.4.2振冲碎石桩
振冲碎石桩适用于处理本段软土形式，但在开工前先将排污系统修建完毕，或将废弃的泥浆运至临时建设好的储存地点并设置沉淀池，待泥浆沉至底部时，应重复使用上部清水。由于本项目雨、污水管道暂未铺设，且两侧地块房屋已建成，施工污水排放困难，若要按此方案执行，成本较高，故不采用此处理方案。
3.4.3水泥粉煤灰碎石桩
本方法适用于自重固结已完成的素填土地基，依据地勘报告本段素填土未完成自重固结（堆填时间约2年），故不适合处理本段软土。
3.4.4振动沉管碎石桩
此方法适用于本段素填土情况，且本项目石方弃方较多，原材料可就地利用，采用振动沉管，具有施工速度快、工期短、无污染和造价低等特点，此方案经济、合理、可行。
四、振动沉管碎石桩的加固原理
（1）挤密作用。1、在桩管下沉成孔过程中对软土而言会产生横向力，此横向力会产生推挤作用，挤密周围土地。2、在施工过程中桩管会产生强烈的振动，使得桩管周围一定范围内的土地共同振动挤密。
（2）排水、预振作用。碎石桩形成后，其渗透性和反滤性较好，可形成良好的竖向排水通道，可以有效防止土体的液化，大大改善地基土的抗液化性能。
（3）减震作用。复合地基形成后地震剪应力由桩间土和碎石桩共同承担，碎石桩的刚性比同截面桩间土的刚性要强很多，因而在地震时，剪应力在桩上集中，从而相应使得桩间土的剪应力减小，使地震烈度相应降低。
五、设计方案
5.1设计依据
（1）《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）2016版
（2）《城市道路路基设计规范》（CJJ194-2013）
（3）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）
（4）《城市道路-软土地基处理国标图集》（15MR301）
5.2振动沉管碎石桩设计要求
（1）复合地基承载力≥120kPa；复合地基设计沉降量≤300mm。
（2）振动沉管碎石桩采用等边三角形布置，间距1.0×1.0m,直径30cm，并且路基坡脚线外侧多布一排。进入持力层（粘土②，承载力容许值130kPa）不小于100cm；桩顶铺设50cm级配碎石垫层，且级配碎石垫层（雨、污水管底除外）宽出最外侧桩1米，其最大粒径不超过30mm，不含植物残体、垃圾等杂质，其夯填度不应大于0.9；垫层中铺设复合钢塑格栅，距离级配碎石底30cm，复合钢塑格栅主要技术指标为：每延米抗拉屈服力≥60KN/m,屈服伸长率≤3%，2%伸长率时的拉伸力≥50KN/m,焊点剥离力≥30N；软土处理总面积12516.8m2，设计总桩数14211根，总长132327m，其中一般路基段平均桩长9.560m，东侧雨水管段平均桩长9.067m，东侧污水管段平均桩长6.042m，西侧雨水管段平均桩长9.203m，西侧污水管段平均桩长6.271m；此段最小填土高度为1.72m。
软土处理平面设计图
软土处理横断面设计图
（3）振动沉管碎石桩碎石桩成桩材料以粒径19~63mm的硬质岩的碎石或砾石为主，可部分掺砂，含泥量小于5%，不得采用强风化岩或软质岩石料。
5.3复合地基承载力计算
复合地基承载力计算公式：
fspk=[1+m(n-1)]fsk
式中：fspk--复合地基承载力特征值（kPa）；
fsk--处理后桩间土承载力特征值（kPa）；
n--复合地基桩土应力比；
m--面积置换率，m=d2/de2；
d--桩身平均直径，de一为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m），按等边三角形布桩de=1.05s；
s--桩间距。
地基承载力修正公式：
fa=fak+ηbγ(b-b0)+ηdγm(d-0.5)
fak--地基承载力特征值（kPa）；
fa--修正后的地基承载力特征值（kPa）；
γ--基底面以下土的重度（kN/m3）；
γm--基底面以上土的重度（kN/m3）；
d--基础埋置深度（m）；
ηb、ηd--地基承载力修正系数。
根据上述两式计算，修正后的地基承载力特征值为120.2kPa。
5.4复合地基沉降计算
s=Ψss’=Ψs
s--地基最终沉降量；
s’--按分层总和法计算出的地基沉降量；
Ψs--沉降计算经验系数；
n--地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；
p0--对应于荷载效应准永久组合时的基础底面附加应力（kPa）；
Esi--基础底面下第i层土的压缩模量（MPa），应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；
zi、zi-1--基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离；
αi、αi-1--基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
经计算复合地基工后沉降s=235.9mm，小于设计沉降量300mm，满足要求。
软土处理纵断面设计图
六、试桩检测
6.1试桩检测结果与结论
本次检测及结果分析判定依据《建筑地基处理技术规范》JCJ79-2012执行。经综合分析提出实验结果如下：
根据测试点的结果分析，其复合地基承载力和沉降均满足设计要求。
B7-3#p-s曲线及s-lgt曲线
七、结束语
本次设计的舞阳大道未完成自重固结的新进填土段（K2+820~K3+020）经过振动沉管碎石桩的处理后，通过检测得知能明显改善其岩土物理力学性质，有效的提高承载力、控制总沉降量，能满足城市道路相关规范的要求，是处理城市道路软土路基较为适用的方法，该方法具有施工简单、工期短、造价低、效果好的特点。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ79-2012建筑地基处理技术规范.北京:中国建筑工业出版社,2012.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ194-2013城市道路路基设计规范.北京:中国建筑工业出版社,2013.
[3]龚晓南.高等级公路地基处理设计指南.北京:人民交通出版社,2005.
[4]湖南怀化经济开发区舞阳大道（三期）道路工程复合地基静载荷试验检测报告.湖南科创高新工程检测有限公司,2017.
[5]怀化市经开区舞阳大道道路工程（K2+820～K3+020）工程地质勘察报告.湘西自治州紫源工程勘察有限公司,2017
作者简介
任龙（1988-），男，湖南长沙人，工程师，现从事市政路桥及其附属构筑物的设计工作。
论文作者:任龙,牛锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
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