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路面机械与施工技术P a v e m e n t M a c h in e ry&C o n s t r u c t io n登 翁 I!A.某机场高速公路软土地基处理设计 苏强，张全升，谷乾龙2(1.中国地质大学水资源与环境学院，北京1 0 0 0 8 3;2.北京星通联华科技发展有限公司，北京1 0 0 0 8 3)摘要:着重介绍了某机场高速公路软土地基处理设计的方法。详细叙述了软土地基处理施工过程中采取的一些措施，包括加强软基处理施工质量控制、加快软基处理施工进度、加强软基地段路基沉降观测与分析等，对该机场高速公路软土地基处理的成功经验进行了全面总结。关键词:高速公路;软基处理;施工控制;沉降 观测中图分类号:U 4 1 6.1文献标识码:B文章编号:1 0 0 0-0 3 3 X(2 0 0 6)0 5-0 0 1 5-0 3S o f t C l a y G r o u n d D e s i g n o f A i r p o r t H i g h w a yS U Q i a n g ,Z H A N G Q u a n-s h e n g ,G U Q i a n-l o n g 2(l.S c h o o l o f W a t e r R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t,C h i n a U n i v e r s i t y 2.S A T C O M I T S T e c h n o l o g y D e v e l o p m e n t C o.L t do f G e o s c i e n c e s,B e ij i n g 1 0 0 0 8 3,C h i n a;.，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3,C h i n a)A b s t r a c t:M e t h o d s o f s o f t c l a y g r o u n d p r o c e s s i n g i n a i r p o r t h i g h w a y a r e i n t r o d u c e d.S o m e m e a s u r e s o f p r o c e-s s i n g s o f t g r o u n d b a s e a r e d i s c r i b e d i n d e t a i l,i n c l u d i n g q u a l i t y c o n t r o l,p r o c e s s i n g s c h e d u l e a n d s e d i m e n t a t i o no b s e r v a t i o n a n d a n a l y s i s.T h e e x p e r i e n c e s a r e s u m m a r i z e d.K e y w o r d s:h i g h w a y;s o f t g r o u n d t r e a t m e n t;c o n s t r u c t i o n c o n t r o l;s e t t l e m e n t o b s e r v a t i o n0 引言 某机场高速公路位于江苏省境内，全长2 8.7 5 6k m，于1 9 9 9 年6 月开工，2 0 0 1 年6 月正式通车。经过近一年的考验，路基稳定，路面平整如初，桥头跳车现象基本消除。1 全线软土的工程特性 该高速公路沿线软基情况较为严重，据地质资料，沿线属低山 丘陵区，附 近有牛首山、吉山、方山 等，地形起伏较明显，地面标高在8-6 5 m 之间。地表土层以 下更新统下蜀组以 上以 亚粘土、粘土为主;地势低洼处常发育淤泥质亚粘土，一般为古河道、湖泊、冲沟沉积，纵横交错，层厚分布不均。由 于路线位于人口 稠密的 城郊，地形地貌因人工造地、造田 变得更为复杂。全线有软土地基2 2 段，计7.1 5 k m，占 全线长度的2 4.9%。软土段主要以 2-1 层淤泥质粘土(亚粘土),2-2 层淤泥 质亚粘土混粉砂为主。其中 2-1 层淤泥质亚 粘土(粘土)层厚01 2.5 m，天然含水量W=3 7.2%-6 4.2%，天然孔隙比 e=1.0 5 31.7 2 0，压缩系数 a=0.4 8-1.5 6 M P a ，灰色，软一 流塑状态，中等偏高一 高压缩性，呈透镜体状，主要分布于地势低洼处和古河道处。2-2 层淤泥质亚粘土混有粉砂，层厚3-1 4 m，天然含水量W=3 0.4%-3 6.4%，天然孔隙比 e=0.8 6 90.9 9 2，压缩系数0.2 70.6 6 M P a ,灰色，流塑 状态，中 等 一 高压缩性。2 全线软基处理及变更设计2.1 设计原则 在进行机场路软基处理施工图设计时，仍然以 工后沉降一般路堤小于3 0 c m，桥头路堤小于1 0 c m，涵洞和通道小于2 0 c m 为设计原则。当计算工后沉降不能满足上述指标时，则采用不同的 软基处理措施。另外当软基处理深度超过巧m 时，考虑到施工工期及沉降的稳定，采用建桥跨过的办法。2.2 软基地段路基的沉降估算 路基的 沉降 估算包括2 部分，总沉降量计算和固结计算 。按照沉降 发生的原因和次序，沉降可分为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降3 部分。即总沉降量 S=S d+S+S式中:S d瞬时 沉降 量;三 一固结沉降 量;5 一次固结沉降量。词 昏尺 M舀C MZ o o s卒 5 翻.愧 9if11 SffI11C路面机械与施工技术沙P a v e m e n t M a c h i n e ry&C o n s t r u c t io n T e c h n o lo g y 由于机场路软土以 淤泥质粘土(亚粘土)为主，次固结沉降可忽略不 计，固 结沉降 是地基沉降的主要部分。鉴于沉降计算很复杂，涉及的因素很多，实践中 常用分层总和法推算固结 沉降，然后再乘以 综合性的 修正系数，求出总沉降量。即总 沉降量 S=Ma S.式中:M 一修正系数，一般取1.11.2 0 鉴于机场高速公路地质勘探资料中。-l g p 曲 线不足，故采用。一 曲 线法或压缩系数法计算固结沉降量。对不作处理的地基，其固结度的计算根据太沙基的 单向固结理论，假定土为均质的。实践证明 计算值与实测值误差较大，需依靠现场观测来修正预压时间，根据太沙基单向固结理论，线性加载条件的固结度t _ If 2T C,T M 4 一一 p 一 M 2 C T-exp.-H Z)1一 z 1C T m=,M 4 一(一 z-M H z T)1 exp-H z C,(t-T)一(t7)式中:T-一 加载历时;加载过程中某一时刻;肥-0.5(2 m-1)二;刀 最大渗径长度。若荷载是分级施加的，对第i 级荷载可用上式计算，整个加载过程可由 上式迭加而得。工后沉降量是总沉降量减去施工期及预压期沉降量，而施工期及预压期沉降量可根据预压期末软土地基的固 结度乘上总沉降量得到。按机场路的实际情况，路基施工期为6 个月，预压期为3 个月，则可计算出非处理条件下施工期及预压期预估沉降量、预估工后沉降量。从工后沉降 量预估值可知，按工后沉降 控制标准，大部分路段和桥头不能满足要求，必须进行软基处理。2.3 软基处理设计与变更设计 软基处理的目的首先是保证路基有足够的稳定性，其次是使处理后的路基产生尽可能小的沉降量或工后沉降量，特别是不均匀沉降。从机场路沿线软土分布及地质资料分析，软土地基一般位于地势低洼的水稻田区 及河塘密布区，以 河相、湖相沉积、冲积的淤泥及亚粘土为主。地表虽有层厚为1.03.5 m 硬层，但其多为过湿土，含水量一般在2 5%-3 5%。软土层厚1.51 1 m，分布范围 从几十米到几百米不等，含水量一般在3 5%-5 5%，承载力一般在6 5-8 0 M P a，孔隙比 一般大于1.5，部分软土中夹粉砂层，还有部分软土为淤泥质粉砂土，天然含水量4 0%左右。在进行软土地基设计时，必须考虑软土的实际 情况(比如软土的 分布范围、厚度)、路堤高度、所处位置(桥头、涵洞或通道、一般路堤)及工程可能允许的工期等各方面因 素，不同的 地段必须采用不同的 加固 措施2 l。根据各路段工后沉降控制的设计原则，在施工图设计时主要采用了以下软基处理措施。(1)砂垫层加土工布等载预压法。该方法主要用于硬壳层厚度大于1.5 m，软基不很严重，计算沉降量3 0e m 左右的一般路段。(2)塑料排水板排水固结法。主要用于软基相对较严重，硬壳层较薄，排水固结条件较好的路段，但塑料排水板法需要一定的 预压期，工后沉降不能有效地控制，特别是在次固 结沉降发生比 较明 显的 情况下3 0 (3)粉喷桩加固 法。该方法适合于软基较严重、工后沉降 在预定工期内 无法控制，软基深度在巧m 以内的 地段，特别是对桥头、构造物沉降控制，采用粉喷桩加固是较有效的方法。由 于机场路施工期只有2 年，因此原设计采用的软基处理方案不能 满足最短预压期的 要求，而预压期对软基处理的效果至关重要。另外，由 于机场路建设标准要求高、软基资料不足、地质情况复杂等因素，为更进一步完善软基设计，提高设计的合理性、有效性、经济性，保证路基的 稳定，在施工过程中通过对软基路段进一步的补勘，详细探明了 软基范围、深度，经过对地质资料详细认真分析研究，在原软基设计的 基础上进行了大量的软基变更设计。变更设计时充分借鉴了本省其他高速公路等在软基处理方面的成功经验4-5 l，变更设计主要考虑以下几个方面。(1)所有软基的 桥头3 0 m 范围内 全部打粉喷桩，且要求粉喷桩打入持力层，进行超载1 m、预压3 个月处理，以 尽可能减少桥头沉降 差，消除或基本消除桥头跳车现象。(2)充分利用硬壳层的 作用。在计算沉降量3 04 0c m、硬壳层厚度与路堤高度之比1.01.2 时，可不作处理或采用砂垫层土工布等载预压处理。(3)当 软土层中 夹有砂层或软土层为淤泥质粉砂土时采用超载预压方案。(#)对于易产生次固 结沉降 或排水条件较差的 软土段，取消塑料插板桩处理方案，改用粉喷桩加固 方案。3 软土地基处理施工控制 软基处理的效果取决于合理的设计、施工的质量 喇 卜R M&C M2 0 0 5 牟 5 翻令。路面机械与施工技术P a v e m e n t M a c h in e ry&C o n s t r u c t io n T e c h n o lo g y褚 _If 瓮目.以 及是否能保证足够的预压时间。为此在机场路施工过程中，为保证软基处理的效果，在施工计划、质量控制、沉降观测等方面采取了一系列的措施。主要包括:(1)严格控制软基处理施工质量，保证软基处理达到预期效果。为此，严格控制粉喷桩每延米水泥用量，并进行水泥总量控制，保证到场的水泥全部打入土中。从施工过程来看，施工质量得到有效的控制;从检验结果来看，粉喷桩总体质量良 好。(2)加快软基处理施工进度，保证有足够的 沉降 预压期。(3)在所有软土段设置沉降标，定期观测路基施工期间 沉降 量，绘制沉降曲 线，分析路基沉降 及稳定情况。施工期间及通车以来8 个月桥头及主要路段沉降量观测数据见表1。按下式推算工后总沉降 量，见表1“推算工后沉降总量”一栏所示。表1 施工期间及通车8 个月来桥头及主要路段沉降.观测表序号桩号填高度/m总沉降量/m l 们通车 8 个月来累计沉降 m m推算工后总 沉降加m备注1K2+1 1 04.08 041 5桥头2K 2+2 7 03.02 5 0893K 5+5 6 53.56 511桥头4K6+9 5 03.23 011桥头5K1 1+6 2 53.84 033桥头6K1 2+7 4 03.56 537K1 3+9 0 05.51 1 58K1 4+0 9 05.51 5 022桥头9K1 5+2 8 04.51 2 01 0K1 5+7 0 06.01 2 01 1K1 5+9 5 07.01 2 077桥头1 2K 2 0+9 0 06.22 8 091 01 3K 2 0+9 7 55.55 045桥头1 4K2 6+0 5 53.51 2 522桥头巧K 2 6+2 8 03.52 2 561 0站区1 6K2 6+6 7 06.51 3 01 43 01 7K 2 7+1 7 54.06 5001 8K 2 7+8 6 04.01 1 51 21 71 9K 2 8+3 8 05.07 042 0K2 8+7 4 05.54 0 089 S=(S 2 S 2 S IS 3)(S 2 S,)一(S 3-s)式中:S,当 时间 为 t,时的累 计沉降 量;S 2当时间为 t 2 时的累计沉降量;S 3 当 时 间 为 t 3 时 的 累 计 沉降 量;5 推算工后总沉降量。4 结语 从本工程通车近1 年的 沉降 观测资料来看，沉降已趋于稳定，基本消除了 桥头跳车现象，并且全线路基稳定、路面平整，证明 本工程所采取的处理措施是正确、成功的。总结 本工程软基处理的成功经验，主要包括以下几个方面。(1)在软 基处理设计及施工过程中 必须认真分析研究地质资 料，并进行必要的补充勘探工作，确定软基的范围、深度和性质，提高沉降计算的 精度和设计的合理性，针对不同的软基情况，结合过去软基处理的成功经验，因 地制宜，采取不同的 处理方案。(2)对于软土中 夹有砂层，或软土为渗透系数较大的 亚粘土，或粉砂土，采用等载或超载预压方法是一种有效且经济的方法。(3)软基处理设 计时 应充分 考虑硬壳 层的 作用。从机场路的 沉降 观 测资 料来看，硬壳 层较厚时实际 发生沉降 量要比 计算沉降 量小 得多，且不均匀沉降 往往较小。()粉喷 桩处理软土地基仍然是十分有效的 处理方法，在粉喷桩打入持力层、施工质量保证的前提下，沉降能得到有效的控制，一般沉降小于5 c m 或基本不沉降。从 机场路1 4 个桥头处理 情况来看，对于解决桥头跳车问题粉喷桩是应该优先考虑的方案。(5)机场路桥头软基处理除 桥头3 0 m 采用粉喷桩处理外，还采用了 3 0 m 范围内 超载l m，确保预压3 个月的处理措施，这对于减少桥头跳车现象也是非常必要、有效的措施。(6)施工过程中 应十分重视对过湿土的 处理及基底的 辗压工作。沉降 观测资料表明，往往路 基施工高 度小于l m 时，已发生了较大的沉降量。这主要是由于基底耕植土未清除干净或基底辗压不足造成的。参考文献:1 钱家欢，殷宗 译.土工 原理与设 计 M .北京:水利出 版社，1 9 8 0.2 龚晓南，徐日庆，郑尔康.高速公路软弱地基处理理论与实践 M .上海:上海大学出版社，1 9 9 8.3 叶书麟，韩 杰，叶 观宝.地基处理与托换技术【M .北京:中国建筑 工业出版社，1 9 9 7.4 徐泽中，殷宗译.沪宁高速公路江苏段建设论文集【C .北京:人民 交 通出 版社，1 9 9 7.5 黄杨华.水泥粉喷深层搅拌桩桩头下沉问题分析及处理【J .筑路机 械与 施z 机 械化，2 0 0 5,2 2(1);4 2-4 3.收稿日 期:2 0 0 5-0 6-2 7 责任编辑:林荣安 司 卜尺 M吕 C M2 0 0 6 牟5 脚
