佛山顺德均荷路路基设计小结

　　摘要：珠三角地区软土地基密布，在进行公路路基设计时特别需要重视软土地基的处理。本文分析和总结了佛山市顺德区均荷路路基设计的经验，用于工程设计的指导。
　　关键词：路基设计、特殊路基、软土路基、一级公路
　　一、前言
　　佛山市顺德区均荷路位于顺德区均安镇内，是连接顺德与江门的一条重要通道，道路全长约3.7km，道路等级为一级公路，设计时速为100km/h。
　　现状均荷路存在宽约25米的旧路基。沿现状路基左侧，存在宽约8m的水泥路面。现状旧路基及水泥路面养护情况均较差。部分旧路基已经长有杂草，压实度已不能满足设计要求。现状水泥路面存在板角破碎、板底脱空等严重病害，已无法满足路面加罩的条件，需进行破除。
　　二、设计内容
　　1、路基横断面布置
　　本项目路基横断面布置如下：
　　（1）一般路段：路基宽度为35.0m，其中行车道为2×12.25m，中央分隔带为2m，土路肩为2×4.25m。
　　（2）、路基设计标高：距离道路中心线1.0m处的中央分隔带边缘的设计高程。
　　（3）、路拱坡度：一般行车道、路缘带采用2%，土路肩采用4%。
　　如下图所示：
　　
　　图1路基标准横断面图
　　2、一般路基设计
　　根据路基填料、边坡高度和基底工程地质条件，结合佛山地区公路建设的经验，同时考虑本工程的实际情况，一般路基填料采用砂性土，采用粘土包边。路基边坡坡率确定如下：
　　（1）本工程最大填方路堤高度少于4.0m，一般路堤边坡坡率采用1：1.5。
　　（2）本工程最大的挖方高度少于0.5m，挖方边坡坡率采用1：1.
　　（3）道路后段经过城市建成区，建成区路段的边坡可适当放缓，以便与建成区地坪接顺。
　　3、特殊路基设计
　　（1）地质概况
　　本工程地处珠三角冲积平原区，地势平坦，鱼塘密布。根据外业勘测资料，本工程特殊路基主要是软土地基【1】。全线大部分现状路基填筑在软弱的淤泥、淤泥质土上。
　　沿线软弱土层厚度变化较大，具双层结构，第一层埋深1.8~4.3米，软土厚0.9~10.70米，第二层埋深6.8~19.5米，层厚3.1~11.10米。
　　本工程现状存在宽约25米的旧路基，沿现状路基左侧，存在宽约8m的水泥砼路面。现状水泥砼路面下路基经过压实处理，同时经过长时间车辆的荷载作用，经检测发现，压实度较好，沉降已经基本稳定。其余旧路基，根据调查，填筑时没有经过分层碾压，密实度达不到一级公路路基压实度标准，但由于已经填筑将近10年时间，路基沉降也基本稳定。
　　（2）设计过程概述
　　A、初步设计阶段
　　初步设计阶段，设计单位的设计方案是根据软弱土层的深度，分别采用水泥搅拌桩和CFG桩进行特殊路基处理。
　　根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）主固结沉降Sc采用分层总合法计算，总沉降宜采用沉降系数ms与主固结沉降计算：
　　
　　沉降系数ms为经验系数，与地基条件、荷载强度、加荷速率等因素有关，其范围值为1.1～1.7，应根据现场沉降观测资料确定，也可采用下面的经验公式估算：
　　
　　式中：θ——地基处理类型系数，地基用塑料排水板处理时取0.95～1.1，用粉体搅拌桩处理时取0.85，一般预压时取0.90；
　　H——路基中心高度（m）;
　　γ——填料重度（kN/m3）;
　　V——填土速率修正系数，填土速率在0.02～0.07m/d之间时，取0.025；
　　Y——地质因数修正系数，满足软土层不排水抗剪强度小于25kPa、软土层的厚度大于5m、硬壳层厚度小于2.5m三个条件时，Y=0，其他情况下可取Y=-0.1。【2】
　　经计算，经过特殊路基处理后，桥台与路堤相邻处工后沉降为0.06m，涵洞、通道处为0.10m，一般路段为0.12m。公路全线的工后沉降满足《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）的要求。
　　但是在初步设计评审会上，工程建设方提出，由于政府投资计划有变，本工程初步设计工程造价过高，建议采用其他的特殊路基处理方法，以降低工程造价，加快工程建设进度的推进。与会的各位专家和设计方、建设方等各方代表就技术方案进行了充分的讨论。会议上提出，考虑到现状路基已经填筑了将近10年时间，路基沉降基本稳定，同时旧路基段基本为零填方设计，新建道路对现状路基增加荷载并不大，为节约工程投资，建议不需要对旧路基进行特殊路基处理。此建议得到与会专家和各部门的同意。
　　B、施工图设计阶段
　　初步设计评审会后，设计单位根据详勘资料，重新计算了旧路基段若不进行特殊路基处理的工后沉降值。桥台与路堤相邻处工后沉降为0.22m，涵洞、通道处为0.23m，一般路段为0.25m。对于一般路段，满足规范要求，但对于涵洞处、桥梁与路堤相邻处并不满足规范要求。因此设计方建议，为节约工程投资，对一般路段的旧路基不进行特殊路基处理，但对新建路基、涵洞处、桥梁与路堤相邻处需用水泥搅拌桩进行特殊路基处理。经计算，施工图设计方案桥台与路堤相邻处工后沉降为0.07m，涵洞、通道处为0.10m，一般路段为0.25m。公路全线的工后沉降满足《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）的要求。
　　此方法得到建设方和相关部门的认可，设计单位按此方法进行了施工图设计，并最终通过施工图设计专家评审和施工图审查，按此方法进行了工程施工建设。
　　（3）特殊路基处理方法
　　本次设计对新建路基、涵洞处、桥梁与路堤相邻处采用水泥搅拌桩处理。水泥搅拌桩以最大桩长13m控制，不要求打穿软土层，使新建路基表层形成10多米的硬壳层。由于应力扩散作用，可以减少地基的沉降[3]，使新建路基的沉降与旧路基协调。
　　同时为了进一步的减少新旧路基之间的差异沉降，对于一般的填方路段的新旧路基衔接处，开挖台阶进行衔接，台阶宽1.0m，高0.5m。
　　（4）水泥搅拌桩设计要求
　　水泥搅拌桩桩径50cm，桩位基准线为：现状旧路基边线，水泥搅拌桩按正三角形布置，布桩范围由基准线往外至新建路基坡脚线。水泥搅拌桩中心间距为1.4m。
　　水泥搅拌桩的水泥建议含量为12%，每米水泥用量不少于60kg。水灰比初定1：0.5，具体水灰比应根据现场试桩结果进行。桩体28天无侧限抗压强度≥1.0MPa，90天复合地基承载力标准值≥120kPa。
　　（5）施工技术要求
　　A、砂垫层
　　水泥搅拌桩上需铺设砂垫层，砂垫层材料宜采用含泥量不大于3%的洁净中粗砂。砂垫层应在水泥搅拌桩处理后进行铺设。砂垫层填筑时应分层压实，每层压实厚度宜为10cm~20cm。
　　B、搅拌桩
　　①搅拌桩采用“4喷4搅”或“2喷4搅”的施工工艺。
　　②搅拌桩的垂直度不得超过1.5%，桩位偏差小于5cm，桩径不小于设计值，检测数量为2%。[4]
　　③搅拌桩应采用双搅拌轴中心管输浆方式。
　　④桩身取样强度检验：随机取2%根进行外观和裁取芯构制成试块，进行桩身抗压强度测定。28天标准无侧限抗压强度≥1.0Mpa。荷载试验：随机选择2~4处做单桩和复合地基载荷试验；单桩容许承载力满足≥120KN。
　　C、沉降及稳定观测
　　一般路段的监测断面按200m的间距设置。桥头引道路段至少设置3个观测断面,间距不宜超过50m,且桥头处第一个监测断面应设置在桥头搭板末端。涵洞两侧分别设置1个观测断面，设置在涵洞搭板末端。进行路基的沉降、位移及孔隙水压力的观测。路基加载期间每天至少观测两次，其余时间可每天至少观测一次。
　　路基加载时，路堤中心沉降量每昼夜不得大于10~15mm，边桩位移量每昼夜不得大于5mm。同时填筑时间不小于地基抗剪强度增长需要的固结时间。[2]
　　4、路基填筑及检测
　　（1）鱼塘及局部低凹路段施工前需平整场地，填土至周围路段大致齐平。
　　（2）路堤填筑应在地基处理完毕并稳定后开始，以争取预压时间，尽量减少工后沉降。路基填筑采用薄层轮加法，每层松铺厚度不超过30cm.填筑时应由路中心向两侧分层填筑夯实，并应做出与路拱相同的横向坡度。路堤填筑到设计标高时，侧坡余宽和边坡率应留有余地，使其压实宽度大于路基设计宽度。在填筑中，应按有关规范控制好填土的压实度。
　　（3）路基压实标准与压实度及填料强度要求的说明
　　为保证路基的压实度，填方路堤两侧各超宽填筑50cm，路基施工完成后再对边坡进行整修，恢复正常路基宽。路基填料压实采用重型压实标准，分层压实。按照《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）要求。
　　三、结束语
　　目前本工程路基工程部分已经施工完毕，路基各项指标也满足设计和规范的要求，取得较好的经济和社会效益。
　　通过本工程的设计，笔者认为，在进行特殊路基设计时，应该针对具体工程，论证不同的处理方法。比如本项目，为了节省工程投资，针对本项目现状路基已经填筑将近10年时间，路基沉降已经基本稳定的情况，放弃全线进行特殊路基处理的方案，仅对新建路基、涵洞处、桥梁与路堤相邻处用水泥搅拌桩进行特殊路基处理。各种处理方案的工后沉降值对比见下表：
　　表1各方案工后沉降值表
　　位置 旧路基不处理 初步设计方案 施工图方案 规范要求值
　　桥台与路堤相邻处 0.22 0.06 0.07 ≤0.10
　　涵洞、通道处 0.23 0.10 0.10 ≤0.20
　　一般路段 0.22 0.12 0.22 ≤0.30
　　施工图方案在后期的施工中证实是行之有效的，这样不仅节约了工程投资，也带来了可观的经济和社会效益。
　　主要参考文献：
　　1、《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-98），北京，人民交通出版社，2011年12月
　　2、《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），北京，人民交通出版社，2004年12月
　　3、《土力学与基础工程》，高大钊主编，北京，中国建筑工业出版社，1998年9月
　　4、《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006），北京，人民交通出版社，2006年10月
　　5、《公路与城市道路设计手册》，黄兴安主编，北京，中国建筑工业出版社，2006年6月

《佛山顺德均荷路路基设计小结》

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