江门市胜利南路延长线试验段地基处理建议书.doc

江门市胜利南路延长线试验段

地基处理建议书

2015年5月

目 录
1江门地区软土路基处理调研 3
1.1江门地区自然地理概况 3
1.1.1环境条件 3
1.1.2气候 3
1.1.3区域地质 3
1.1.4软土路基特点 3
1.2江门地区软土路基处理方法 3
1.3调研结果 3
1.3.1一个问题——桥头跳车问题 4
1.3.2一个现象——未处理软基沉降大但较均匀现象 4
2工程背景及场地工程地质概况 5
2.1工程背景 5
2.2工程地质条件 5
2.3特殊性岩土 6
3原地基处理方案 8
3.1超载预压 8
3.2水泥搅拌桩处理 8
3.3高压旋喷桩 9
3.4预压 9
4原地基处理方案存在的问题 10
4.1桥头跳车问题 10
4.2排水箱涵存在产生差异沉降 10
4.3施工机械和施工过程控制问题 10
5建议的地基处理方案 12
5.1总体思路 12
5.2本工程需处理地段的具体处理方式 13
5.2.1总体处理原则 13
5.2.2具体处理方式 13
5.3箱涵处理建议 13
5.3.1箱涵外移 13
5.3.2箱涵不外移 13
5.4施工方案建议 14
6试验段地基处理方案 15
6.1设计依据 15
6.2试验段选取 15
6.3试验段地基处理方案 15
6.3.1泡沫粉煤灰混凝土桩地基处理 15
6.3.2无砂混凝土预制方桩地基处理 16
6.4施工机械 17
6.4.1泡沫粉煤灰混凝土桩施工机械 17
6.4.2无砂混凝土预制方桩施工机械 17
6.5试验段地基处理工艺流程 17
6.5.1泡沫粉煤灰混凝土桩施工工艺流程 17
6.5.2无砂混凝土预制方桩施工工艺流程 19
7数值计算结果 20
7.1模型建立 20
7.2沉降计算 20
7.3结果分析 21
7.3.1 FLAC 3D数值计算结果 21
7.3.2工后-固结沉降计算值 22
8试验段监测 24
8.1监测项目 24
8.2监测方案 24
8.2.1 监测目的 24
8.2.2 监测方案的编制依据 24
8.2.3 软基监测断面设计 25
9总结 27

1江门地区软土路基处理调研
1.1江门地区自然地理概况
1.1.1环境条件
江门市位于珠江三角洲河网区，鱼塘、沟渠星罗棋布。拟建道路沿线属第四纪海陆交互相冲淤积阶地，地势比较平坦，地面标高一般1.00～2.60m。沿线分布农田、鱼塘及厂房，属经济发达、交通繁忙地区。
1.1.2气候
江门市属亚热带低纬度地区，位于珠江口西岸，全区有285公里的海岸线，受海洋性季风影响，气候特征是温暖多雨，降雨集中于4月至9月份，占年降水量的85%，此季节亦是台风及热带气旋频凡活动的时节。灾害性天气主要为台风、热带风暴及伴随而来的洪水。
1.1.3区域地质
江门境内地质构造以新华夏构造体系为主，主体为北东向恩平--从化深断裂，自恩平经鹤城斜贯全市延出境外；东部沿西江河谷有西江大断裂。两支断裂带构成境内基本构造格架。
江门市处于东南沿海地震带中段后缘，为地震内带，属少震区，时有小地震发生。江门、新会历史上最大地震＜5.0级。本区域虽然断裂构造发育，但最大震级为5级，分析未来发生6～7级地震的可能较小。
1.1.4软土路基特点
江门市地表下均分布有大量深厚的软土，其孔隙比大、含水量高、压缩性大、灵敏度高、强度低、固结系数低。
1.2江门地区软土路基处理方法
鉴于江门地区的特殊地理位置环境以及复杂的地质条件，其不同位置软基处理的方式也各不相同。主要有：袋装砂井堆载预压、真空联合堆载预压、鱼塘填平及反压护道、气泡混合轻质土填筑桥头、高压旋喷桩、水泥搅拌桩(湿法)、预应力管桩、预抛高、过渡性路面等。
1.3调研结果
由于本地区软基处理难度很大，所以既有道路后期出现了普遍沉降问题。通过对江门地区软土路基的实际调研，发现本地区软基处理突出表现为一个问题和一个现象，即桥头跳车问题和未处理软基沉降大但较均匀现象。
1.3.1一个问题——桥头跳车问题
以中江高速公路江门段为例，其软基情况与本项目相同，桥头处软基处理形式为高压旋喷桩、水泥搅拌桩等，目前已出现桥头沉降严重不均匀，桥头跳车明显，严重影响行车舒适度及行车安全。

图1 中江高速江门段桥头不均匀沉降严重 图2 中江高速江门段桥头跳车

1.3.2一个现象——未处理软基沉降大但较均匀现象
通过调研还发现本地区一些未处理过的公路路面出现了普遍沉降现象，局部地区路面沉降较大，但在软土层厚度不发生突变的区域沉降均匀，无明显差异沉降，基本不影响行车舒适度及行车安全。

图3 未处理公路软基沉降均匀
2工程背景及场地工程地质概况
2.1工程背景
胜利南路延长线位于江门市江海区，北起金瓯路，向南下穿江中高速公路，后跨越礼乐河，终于南环大道，全长3.85公里。为城市道主干道，设计车速60km/h，主车道2×11.5米，规划标准断面宽度40m。项目全线跨越礼乐河、流砂河以及多条河涌，共设有1座大桥、3座中桥、4座梯道和8座涵洞。
胜利南路延长线建成后，不仅有利于其发挥作为串连礼东、礼西行政区域的重要通道，而且还是连通江海区、新会区以及市高新技术开发区的重要纽带的城市主干道，北可至中心城区，东可达高新区，西至新会区，南可连南环，使路网结构将更为合理。有利于实现城市内外一体化发展，促进相邻组团间融合发展。
2.2工程地质条件
根据钻孔揭露，本场地区岩土层按成因可划分为：人工填土层（Qme）、第四系全新统海陆交互相冲积层（Q4mc）、第四系残积层（Qel）和白垩系（K）风化基岩4个成因层。各岩土层工程地质特征自上而下综合描述如表1。
表1 各岩土层工程地质特性表
成因层
岩性
分布范围
厚度（m）
顶层埋深（m）
顶层标高（m）
颜色
特征
人工填土层
1层填筑土（局部种植土）
沿线塘基、路基
0.70～3.5

0.85～3.11
褐黄色、灰黄色
粉质黏土、砂粒及碎石组成
第四系全新统海陆交互相冲积层（Q4mc）
2层淤泥
道路沿线均有分布
5.70～28.1
0.5～3.5
-2.50～1.12
灰色
含有机质及贝壳碎屑，有臭味，韧性低
3层粉质粘土
局部有揭露
1.20～8.1
10.5～26.3
-24.60～-8.80
灰黄色
可塑，韧性中等
4层淤泥质土
局部有揭露
1.4～4.8
18.5～20
-18.40～-16.66
灰色
饱和，流塑，含有机质，有臭味，韧性低
5层中砂
局部有揭露
0.5～4.70
10.7～28.6
-27.65～-9.60
灰黄色、灰白色
饱和，中密～密实，石英质，圆状，分选性差，含少量砾卵石
第四系残积层（Qel）
6层粉质黏土
局部有揭露
3.1～9.6
10.3～15.1
-16.68～-6.70
褐红色
硬塑，局部可塑，韧性中等，切面稍光泽
白垩系（K）风化基岩
7层全风化岩带
局部有揭露
0.8～6.6
14.1～26.2
-24.60～-11.90
棕红色
泥质结构，风化剧烈，岩心呈坚硬土柱状
8层强风化岩带
桥位区有揭露
1.8～15.3
16.5～51.5
-50.10～-14.48
棕红色
泥质结构，层状构造，风化强烈，岩心呈块状
9层中风化岩带
局部有揭露
2～20.30
20.3～48.2
-46.50～-19.16
棕红色
泥质结构，层状构造，节理裂隙较发育，岩体较完整
10层微风化岩带
局部有揭露
2.1～11.8
34.6～58
56.12～-32.24
灰褐-灰色
粉砂质结构，岩石完整，芯样呈柱状、长柱状，节长10-50cm，岩质较硬，
勘察线路范围不良地质作用主要为地震效应。场区处于地震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g。工程沿线存在淤泥、淤泥质土，分布范围广泛，局部具双层结构，呈饱和、流塑状态，为软基路段。在震动作用下，土的结构受到扰动后，强度将显著降低，从而使软弱地基产生附加沉降，影响路基和结构物的稳定，在7度地震作用下将会发生软土地基震陷。
2.3特殊性岩土
(1) 软土：勘察查明，场区主要有2层软土分布(见表2)，其中2层淤泥、淤泥质土，埋藏较浅，分布较广；4层淤泥质土埋藏较深。沿线淤泥、淤泥质土，具有含水量大、压缩性高、力学强度低、灵敏高等特点，土质不均，夹层以及上下层变化也较大，易产生侧向滑移、不均匀沉降、蠕变及软土震陷等地质灾害。
(2) 填筑土：本场地地表分布有人工填土，厚度0.30～3.50m。主要由粉质黏土、砂粒及碎石组成，物理力学性质不均一，具有弱透水性，属特殊性岩土，对建筑物基础沉降和地基的稳定性有一定的影响。
(3) 残积土层主要为泥岩和砂岩风化残积而成，具有遇水易软化的特征，对地基和稳定性有影响。
(4) 场地风化基岩裂隙较发育，钻（冲）孔灌注桩施工易引起漏浆，岩石遇水易软化，桩基础桩底易软化，造成承载力降低或桥梁桩基础不均匀沉降。
表2 沿线软土分布范围及特征表
序号
地层代号
岩土名称
分布范围
长度
（m）
厚度
（m）
上覆盖层
及厚度（m）
下卧层
备注
第一层软土
1
2
淤泥、
淤泥质土
K0+000
～
K1+760
1760
7.7～13.0
素填土、
种植土
0.5～3.5
粉质黏土

2
2
淤泥、
淤泥质土
K1+760～
K2+400
640
12.3～18.2
素填土
1.3～1.9
粉质黏土中砂

3
2
淤泥、
淤泥质土
K2+400
～
K3+050
650
11.2～14.6
素填土
0.5～1.7
粉质黏土

4
2
淤泥、
淤泥质土
K2+845
～
K4+058
1213
14.7～23.8
素填土
0.8～3.0
黏土、
粉质黏土

第二层软土
6
4
淤泥质土
K2+529
～
K2+845
316
4.8
素填土、淤泥、粉质黏土
20.0
中砂

3原地基处理方案
本工程原设计路基处理形式：对于一般路段采用塑料排水板超堆预压处理，超载高度1m，塑料排水板间距1.1m；桥梁和涵洞台后地段、挡墙基础，采用复合地基水泥搅拌桩处理，间距为1.2m，过渡段1.5m，桩径0.5m；对中江高速桥底下和道路红线范围内不迁移高压塔周围采用高压旋喷桩间距为2m，桩径0.5m。各段地基处理方案简述如下。
3.1超载预压
(1) 布置：塑料排水板按等边三角形布置，间距为1.1m排水板范围要求打到坡脚线处。为了增强顶面承载力，顶面设置50cm中粗砂垫层。道路沿线横向每间隔约20m布置一根∅150软式透水管于中粗砂反滤层中，要求伸出中粗砂反滤层1m。砂垫层顶面铺设复合钢塑格珊，用U型钉固定。一般路段处理后地基承载力不小于120KPa。
(2) 材料要求：塑料排水板采用SPB-C型，其芯板要求采用原生材料，断面尺寸为100x5mm，芯板抗拉强度≥150N/cm，滤膜湿态纵向抗拉强度≥25N/cm，滤膜干态纵向抗拉强度≥30N/cm，滤膜渗透系数≥5x10-4cm/s，芯板和滤套要求采用热粘结合。排水板间距1.1m，按等边三角形布置。塑料排水板长度一般要求达到淤泥层底。
(3) 堆载预压卸载标准：
a.经过预压处理后的淤泥层固结度要求达到≥90%的设计要求。
b.满足连续2个月不超过5mm/月的沉降速率。
c.观测单位根据沉降曲线推算本工程的工后沉降满足设计要求。
3.2水泥搅拌桩处理
(1) 采用的水泥搅拌桩主要用于处理桥梁和涵洞的台后处理，桥梁台后50m处理，其中30m台后段，桩径50cm，桩间距1.2m。20m过渡段桩径50cm，桩间距1.5m。涵洞台后30m处理，其中20m台后段，桩径50cm，桩间距1.2m。10m过渡段桩径50cm，桩间距1.5m。其布桩桩位基准线为道路中心线，按等边三角形布置。处理后复合地基承载力标准值不少于120KPa。
(2) 材料要求
a.设计的水泥搅拌桩（湿法）采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥建议含量为12%，每米水泥用量不少于60kg。桩体无侧限抗压强度（28天龄期）≥1.0MPa，90天复合地基承载力标准值≥120kPa。
b.搅拌桩桩体的水灰比应根据室内配比试验和现场试桩试验确定，水灰比初定为1：0.55。
c.桩体施工完成一个月并且经验收合格后，方可填筑路堤或施加其他荷载，桩身2d龄期的击数N10达到15击(含15击)或7d龄期的击数N10大于原天然地基击数的N10的一倍以上。
3.3高压旋喷桩
(1) 采用的高压旋喷桩主要用于处理中江高速桥底下和道路红线范围内不迁移高压塔周围。以高压塔基础周边5米进行打桩。施工时注意测量清楚高压电线的基础范围，不得影响现有塔位基础。场地平整后先进行此范围的高压旋喷桩处理，且在完成后≥30天后再进行周边的范围外的超载预压。采用单管法，按正三角形布置，直径50cm，间距2.0m。
(2) 材料要求：设计的高压旋喷桩桩体所用水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1.0，建议掺入量不小于40%；实际水泥用量和水灰比应根据室内配比试验和现场试桩试验确定；施工时宜用流量泵控制。单管法水泥浆的压力应大于20MPa。加固土体28天无侧限抗压强度qu≥1.0MPa；桩身渗透系数需<10-8cm/s；复合地基承载力标准值不少于150KPa。
3.4预压
一般超载预压区需待路堤稳定后方能卸载施工。
(1) 路床顶面设计高程以下路基压实标准及路堤填料要求同一般路基。
(2) 超载标高=路床顶面设计标高+路面换算填土高度+1m。
(3) 预压填土、沉降土方回填均用砂性土填筑，压实度需满足压实度要求。
预压施工控制标准为：
路基加载时，路基中心的表面沉降速率宜控制在10~15mm/d以内，坡角处的侧向位移宜控制在5mm/d以内。孔压系数控制标准仅作为参考：单级孔压系数（各级加载的孔隙水压力增量与荷载增量之比）小于0.8，综合孔压系数小于0.6。
路基中心的表面沉降速率在10mm/d以内时，方可进行下一层路堤的填筑。路基填筑至设计的预定高程后，超载预压期应不少于6个月。实际预压时间应根据沉降观测和稳定要求确定。在满足连续2个月不超过5mm/月的沉降速率时方可卸载开挖路槽并开始路面铺筑。
4原地基处理方案存在的问题
若按原设计方案进行本工程地基处理，将存在以下三方面的问题。
4.1桥头跳车问题
根据江门地区软基处理中普遍存在的问题，以目前的地基处理方案（堆载预压、水泥搅拌桩和高压旋喷桩）进行地基处理，桥头跳车现象仍难以避免。

图4 桥头跳车问题
4.2排水箱涵存在产生差异沉降
本工程机动车道下存在雨水箱涵，具体位置为：K0+224~K0+640（3500×1600）、K0+659~K1+077（2000×1600）、K2+310~K3+006（2500×1600）总长约1.53公里。
由于箱涵设计位置位于机动车道下方，箱涵下方为PHC管桩（穿透淤泥层）支撑，且埋深较浅，后期箱涵上方路面沉降十分小，而沿道路横向其他位置即使采用排水板堆载预压处理，后期沉降仍会较大，这就会在路面形成不均匀沉降，形成错台，严重影响道路正常运营，若要消除这种差异沉降，只能在箱涵范围内整个横断面均采用刚性桩支撑，这势必会大大增加施工成本和延长工期。

图5 排水箱涵存在产生差异沉降形成错台
4.3施工机械和施工过程控制问题
本工程礼乐河以南高压线塔均设置在中央绿化带范围，后期不拆除，而两高压线塔之间的高压线净空均在23米左右，塑料排水板插板机、水泥搅拌桩机及管桩打桩机设备高度均在20m左右，在施工过程中均无法保证高压线塔底及两侧的安全距离。本段高压线宽度约10m，考虑两侧安全距离，高压线走廊宽度30米范围内均无法采用大型设备施工。同时采用原设计方案对施工过程的控制难度较大，施工工期较长，难以保证处理质量。
5建议的地基处理方案
5.1总体思路
基于上述4.1中存在的桥头跳车问题，建议在桥头设置过渡段，过渡段采用刚性或半刚性桩（可采用泡沫粉煤灰桩或者无砂混凝土预制方桩）进行处理，通过控制桩长和桩间距来控制过渡段的沉降值，使沉降平缓过渡至普通路段，普通路段不进行处理，使不处理路段即使发生沉降但沉降均匀、路面平缓，不影响正常行车。图6为某一大桥段桥头处理示意图。

a 路面填土高度

b 路面设计标高

c 路面设计使用年末发生沉降后标高
图6 从开始施工到设计使用年限末路面沉降的变化
5.2本工程需处理地段的具体处理方式
5.2.1总体处理原则
胜利南路延长线位于江门市江海区，北起金瓯路，向南下穿江中高速公路，后跨越礼乐河，终于南环大道，全长3.85公里。为城市道主干道，设计车速60km/h，主车道2×11.5米，规划标准断面宽度40m。项目全线跨越礼乐河、流砂河以及多条河涌，共设有1座大桥、3座中桥、4座梯道和8座涵洞。
结合上节5.1中的内容，本工程主要对1座大桥、3座中桥、4座梯道和8座涵洞进行处理，即对台前和台后与普通路段连接处设置过渡段进行处理。
5.2.2具体处理方式
综合考虑场地工程地质、淤泥厚度、埋深情况、施工条件、施工机械、施工过程安全、施工工期以及成本，对于桩长大于15m的路段，通过控制桩长（桩间距不变）来控制软基的沉降；对于桩长小于15m的路段，通过控制桩间距（桩长不变）来控制软基的沉降。具体方式见试验段处理方案。
全线软基处理施工图见附图3-1~3-13。
5.3箱涵处理建议
5.3.1箱涵外移
基于上述4.2中存在的箱涵正上方路面错台问题，若将箱涵外移，则按总体处理思路进行处理，即只处理桥头过渡段，普通路段不处理。初步计算总处理桩长约为284,809m，详见附表1和附表2。

图7 箱涵外移后路基不进行处理
5.3.2箱涵不外移
基于上述4.2中存在的箱涵正上方路面错台问题，若箱涵不外移，则需在有箱涵路段全部设置PHC管桩来消除差异沉降，这将会大大增加施工成本和延长工期。初步计算总处理桩长约为628,191m，约为箱涵外移方案桩长的2.2倍，详见附表3和附表4。

图8 箱涵不外移路基进行刚性桩处理
5.4施工方案建议
基于上述4.3中存在的施工机械和施工过程控制问题，建议采用泡沫粉煤灰混凝土桩或无砂混凝土预制方桩。两种方案的对比见下表3。
表3 建议采用方案的对比
桩的类型
优点
泡沫粉煤灰混凝土桩
材料轻；
成本低；
桩本身具有一定的透水性。
无砂混凝土预制方桩
施工现场环境要求低；
成本低；
桩本身具有一定的透水性。
6试验段地基处理方案
为了验证5中提出的建议处理方案的合理性，此处选取试验段分别对泡沫粉煤灰混凝土桩和无砂混凝土预制方桩进行试验段的地基处理。
6.1设计依据
l 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2012）。
l 《岩土工程勘察规范》(GB50021－2012)
l 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012）
l 《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》JTG/T D31-02-2013
l 《胜利南路延长线工程地质勘察报告》，上海市政工程设计研究总院有限公司，2014.7
6.2试验段选取
为了验证建议地基处理方案的可行性，经过现场勘察，结合现场具体施工条件，泡沫粉煤灰混凝土桩地基处理试验段选为K3+940~K4+020里程段，该试验段道路宽度48m，长80m，其中填土厚度范围为0.5~1.76m，淤泥土层厚度大，为25.6~28.1m。
无砂混凝土预制方桩处理试验段选为K3+720～K3+800里程段，该试验段长80m，其中填土厚度范围为1.29～1.81m，淤泥土层厚度范围为22.8～23.9m。
6.3试验段地基处理方案
6.3.1泡沫粉煤灰混凝土桩地基处理
(1) 处理方案
① 建议试验段采用KQ系列潜水工程钻机施工的泡沫粉煤灰混凝土桩，该方案要求施工空间小，解决了采用原地基处理方案无法施工的问题。
② 粉煤灰混凝土桩桩径600mm，在保证施工质量的前提下，建议采用泡沫混凝土以减少桩身自重和造价，泡沫剂掺入量现场试验确定。
③ 布桩：试验段设计桩长随着远离桥涵方向逐渐缩短，桩间距适当调整，沿道路长度方向分为8小段，每段10m，具体布置如下：
第1段桩长30m，按2m×2m的正方形布桩；
第2段桩长27m，按2m×2m的正方形布桩；
第3段桩长24m，按2m×2m的正方形布桩；
第4段桩长21m，按2m×2m的正方形布桩；
第5段桩长18m，按2m×2m的正方形布桩；
第6段桩长15m，按2m×2m的正方形布桩；
第7段桩长15m，按2.4m×2.4m的正方形布桩；
第8段作为对比试验，不作任何处理。
④ 碎石垫层和钢塑土工格栅要求：
碎石垫层应采用静压法施工，碾压应满足地基系数K30≥130MPa/m，孔隙率n＜31%的要求，高程、宽度、横坡、平整度、垫层厚度以及设置范围也应满足碎石垫层控制要求。
钢塑土工格栅材料铺设的允许偏差及检验方法应符合要求。
试验段地基处理方案施工图见附图1-1~1-3。
(2) 材料要求：
① 混凝土、混凝土外加剂和掺和料、砂及粉煤灰均应符合相应标准要求，其掺量应根据施工要求通过试验室确定(建议水泥:砂:粉煤灰:水=1:0.6:0.5:0.35)。
② 严格按照配合比配制混合料，根据设计好的配合比施工。
③ 泡沫剂用量现场试验确定。
6.3.2无砂混凝土预制方桩地基处理
(1) 处理方案
① 建议试验段采用ZYJ600B型静压机施工的无砂混凝土预制方桩，该方案要求施工空间小，解决了采用原地基处理方案无法施工的问题。
② 无砂混凝土预制方桩边长500mm×500mm，桩顶设置圆形桩帽，桩帽直径1200mm。
③ 布桩：试验段设计桩长随着远离桥涵方向逐渐缩短，桩间距适当调整，沿道路长度方向分为8小段，每段10m，具体布置如下：
第1段桩长28m，按2m×2m的正方形布桩；
第2段桩长25m，按2m×2m的正方形布桩；
第3段桩长22m，按2m×2m的正方形布桩；
第4段桩长19m，按2m×2m的正方形布桩；
第5段桩长16m，按2m×2m的正方形布桩；
第6段桩长13m，按2m×2m的正方形布桩；
第7段桩长13m，按2.4m×2.4m的正方形布桩；
第8段作为对比试验，不作任何处理。
④ 碎石垫层和钢塑土工格栅要求：
碎石垫层应采用静压法施工，碾压应满足地基系数K30≥130MPa/m，孔隙率n＜31%的要求，高程、宽度、横坡、平整度、垫层厚度以及设置范围也应满足碎石垫层控制要求。
钢塑土工格栅材料铺设的允许偏差及检验方法应符合要求。
地基处理方案施工图见附图1-4~1-6。
6.4施工机械
6.4.1泡沫粉煤灰混凝土桩施工机械
建议本地基处理灌注桩成孔设备选用KQ系列潜水工程钻机或类似型号设备。
(1) 潜水钻机的工作原理
潜水动力装置由潜水电机通过减速器将动力传至输出轴，带动钻头切削岩土，工作时动力装置潜入孔底直接驱动钻头回转切削，钻杆不转只起连接传递抗扭输送泥浆的作用。采用泵举正循环方式将钻渣从孔内通过胶管或钻杆排出孔外。
(2) 潜水钻的特点
优点：潜水钻机设备简单，施工转移方便，适合于狭小场地的施工。整机潜入水中钻进时无噪声且因采用钢丝绳悬吊式钻进，整机钻进无振动。工作时动力装置潜在孔底，耗用动力小，钻孔时不需要提钻排渣，钻孔效率较高。电动机防水性能好，过载能力强，水中运转时温升较低。钻杆不需要旋转，除了可减小钻杆的断面外，还可避免因钻杆折断而发生工程事故。该机采用悬吊式钻进，只需钻头中心对准孔中心即可钻进，对底盘的倾斜度无特殊要求，安装调整方便。可采用正、反两种循环方式排渣，如果循环泥浆不间断，孔壁不易坍塌。
缺点：因钻孔需泥浆护壁，施工场地泥泞，对泥浆制备、循环要求高。现场需挖掘沉淀池，并需处理排放的泥浆。采用反循环排渣时，土中若有大石块，容易卡管。桩径易扩大，易导致混凝土灌注超方。
6.4.2无砂混凝土预制方桩施工机械
根据本工程地质情况，桩基主要穿过淤泥层，分析液压静力压桩机工作性能与技术参数指标，为有效控制好工程桩的成桩质量、施工进度，拟采用ZYJ600B型静压机施工作业，满足施工要求。
6.5试验段地基处理工艺流程
6.5.1泡沫粉煤灰混凝土桩施工工艺流程
具体工艺流程如下：
(1) 平整场地，满足现场施工“三通一平”的要求。
(2) 放孔位，挖掘泥浆池及排浆沟，确定钻机移位路线及以为方法、准备必要材料。
(3) 桩施工，施工顺序为第1段→第8段，单桩施工工艺如下：
① 设置护筒。
表土层为砂土且地下水位又较浅，或表层土为杂填土时，应设置护筒。护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒可用4~8mm的钢板制成，其内径应大于钻头直径100mm以上，上部开设1~2个溢浆口。护筒的埋设深度：在黏土中不宜小于1.0m，砂土中不宜小于1.5m。护筒外部下侧应采用黏土填实，其高度应满足孔内泥浆面的高度要求。受水位涨落影响或水下施工，护筒应加高加深，必要时打入不透水层。
② 安放潜水钻机。
③ 钻进。
吊起钻头对准护筒中心，徐徐放下至土面，先空转，然后缓慢钻入土中，至整个潜水钻机基本入土内，待运行正常后才开始正式钻进。
④ 当钻至设计标高后，电机可停止运转，但泥浆泵仍需继续工作，正循环排泥清孔，直至孔内泥浆比重达到规定要求，方可停泵提升钻机。
⑤ 插入导管。
⑥ 第二次清孔。孔底500mm以内泥浆比重小于1.25，含砂率不得大于8%，黏度不得大于28s。
⑦ 水下灌注泡沫粉煤灰混凝土。泡沫混凝土按给定的水灰比和泡沫剂含量现场混合，施工过程符合国家相关规范要求。灌注的粉煤灰混凝土混合料须具有良好的和易性，导管放置距离适宜，且粉煤灰混凝土混合料灌注须连续施工。
⑧ 拔出护筒，移机进行下一个桩孔施工。
(4) 检测。
桩施工完，桩体强度达到设计值后，由检测单位进行选桩、检测。
(5) 清理桩间土和桩头。
(6) 碎石垫层和钢塑土工格栅施工。
① 铺设下层碎石：测量人员进行测量放样，并测出标高。碎石垫层下层应整平，清洁。考虑铺设土工格栅的要求，应按要求取合适的压实厚度（25cm）。整平时采用推土机初平后再用平地机终平，保持纵横平顺均匀，然后再用压路机压实。
② 人工铺设钢塑土工格栅：下层碎石待测试符合要求后，其上铺设单向拉伸钢塑土工格栅。铺设土工格栅时，先将碾压密实的表面平整并清除表面坚硬凸出物，土工格栅不得直接铺设在碎石等坚硬的层面上，应在土工格栅和碎石之间铺设5cm厚的中、粗砂保护层。土工格栅必须拉平拉直，拉紧展平插钉固定，并与下层面密贴，不得有褶皱、扭曲。幅与幅之间对齐并搭接20cm，格栅连接处每隔1米设一个节点，采用铁丝绑扎连接，连接强度不小于格栅抗拉强度。土工格栅铺至边坡处，并预留2m的回折长度。
③ 铺设上层碎石：土工格栅铺设完毕后,在其上采用倒卸法施工上层碎石垫层25cm。垫层施工完必须覆土后方可进行静压。
6.5.2无砂混凝土预制方桩施工工艺流程
施工前先进行试桩，综合设计及现场施工情况，制定试压桩操作程序，确定压桩施工停压标准，以便有效指导预制桩施工，充分发挥无砂砼预制方桩的优点。
(1) 检查桩机
桩机设备、配件、备件是否齐全，运转是否良好，发现问题及时处理，保证机况处于良好状态。
(2) 材质检查
主动邀请业主代表及监理工程师验收进场预制方桩，验收合格后立即签认材料报验单。
(3) 吊桩
按桩身吊点位置固定吊索，稳当的起吊方桩，待方桩离开地面至垂直后，提升到足够高度，将桩放入桩机夹具内，用吊线锤校核桩身垂直度。
(4) 压桩
预制桩要以桩端穿透淤泥层及试桩时达到的承载力停压标准严格控制桩顶标高达到设计要求，由于淤泥层起伏差异，桩长会有变化，要根据地质报告和施压情况先配合适长度的桩节，避免截桩浪费。其压桩工艺流程如下：试桩确定压桩施工停压标准→桩基就位与施放桩节→吊桩就位与夹桩→桩身调直与压桩→接桩→再压桩→按停压标准停压→人工挖桩帽土→现浇桩帽施工。
7数值计算结果
7.1模型建立
对本工程地基处理方案进行FLAC 3D软件数值模拟。数值模拟过程中模型根据试验段实际地层情况构建。本构模型选取摩尔库伦模型，模型尺寸为60m×20m×50m，土层由上至下依次为人工填土、碎石垫层、素填土、淤泥、中砂和强风化泥岩，桩长分别为15m、18m、21m、24m、27m和30m。

图9 FLAC 3D模型建立
7.2沉降计算
此建议方案软基沉降的计算主要分为2个过程：首先是各层土在自重应力下达到平衡状态；在此基础上，按建议的处理方案要求在路堤填土荷载作用下通过计算再次达到一个稳定的应力平衡状态，等待计算完成后，分析沉降计算结果。

图10 FLAC 3D沉降计算过程
7.3结果分析
7.3.1 FLAC 3D数值计算结果

图11 泡沫粉煤灰混凝土桩处理试验段地基沉降计算结果
图11为采用泡沫粉煤灰桩处理地基时得到的沉降计算结果，图中可以看出，试验段不作处理部分地基沉降98-103cm，当采用泡沫粉煤灰桩时（2*2m），沉降明显减小，桩长15m时沉降减小到46-53cm，随着桩长的增加，沉降呈继续减小的趋势，桩长30m时（已穿透淤泥层），沉降值仅为3-7cm。同时，桩长为15m不变时，桩间距变大为2.4*2.4m时，沉降值相应增大。试验段道路中间沉降小于道路边缘沉降。

图12 无砂混凝土预制方桩处理试验段地基沉降计算结果
图12为采用无砂混凝土预制方桩处理地基时得到的沉降计算结果，图中可以看出，试验段不作处理部分地基沉降98-103cm，当采用无砂混凝土预制方桩时（2*2m），沉降明显减小，桩长15m时沉降减小到58-66cm，随着桩长的增加，沉降呈继续减小的趋势，桩长30m时（已穿透淤泥层），沉降值仅为2-5cm。同时，桩长为15m不变时，桩间距变大为2.4*2.4m时，沉降值相应增大。试验段道路中间沉降小于道路边缘沉降。

图13 两种建议处理方案数值计算结果对比
图13为两种建议处理方案计算结果的对比，图中可以看出，对于试验段产生的地基沉降，数值计算结果显示，采用泡沫粉煤灰桩进行地基处理，产生的平均沉降值要小于采用无砂混凝土预制方桩处理地基产生的沉降值。仅从数值计算的角度来看，说明泡沫粉煤灰桩优于无砂混凝土预制方桩。
7.3.2工后-固结沉降计算值
为了使计算结果全面准确，本方案做了数值计算对比实验，应用理正岩土软件进行了分析计算，并得到了如下的计算结果，见下表4。
表4 理正岩土计算结果

表4为理正岩土软件得到的计算结果，通过与FLAC 3D计算结果进行对比不难看出，二者计算得到最终地基总沉降基本一致，说明了数值计算的合理性和可行性，同时为试验段的建议地基处理方案提供了数据支持。
8试验段监测
8.1监测项目
试验段监测设计应根据试验段的地质条件和地基处理方案的特点进行，必要时应对某些项目进行长期观测设计和增加必要的原位测试。监测项目如下表5所示：
表5 监测项目一览表
监测项目类型
设计项目
可选项目
具
体
监
测
项
目
地表沉降
土压力
分层沉降
承载力
边桩位移
十字板抗剪强度
地基深层水平位移
地下水位
孔隙水压力
出水量
剖面沉降

8.2监测方案
8.2.1 监测目的
(1) 对试验段沿线各个软基监控断面的填土过程进行安全监控，通过观测施工过程中的水平位移，确定加载速率，指导工程施工方案设计；
(2) 根据实际观测结果，分析地基固结状况及工后沉降发展趋势，计算工后沉降，并为全线施工方案提供依据；
(3) 及时分析观测数据，确定加载时间，推荐路面施工的合理时间，确保路面施工时不会导致路基失稳；
(4) 分段反求总沉降系数。
8.2.2 监测方案的编制依据
(1) 《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)
(2) 《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》(JTG/T D31-02-2013)
(3) 《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)
(4) 《工程测量规范》(GB50026-2007)
(5) 《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)
(6) 《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-2011)
8.2.3 软基监测断面设计
本工程中软弱路基处理的主要技术问题是：道路路基填筑过程的边坡稳定问题、路基处理工程的质量评价问题(包括工后沉降的预估与控制)。为了解决上述问题，工程中必须采用一些必要的监测措施，如：全断面沉降、表层沉降板、边桩位移、测斜、孔隙水压力计以及土压力计等，根据本工程的特点，监测项目主要安排有地表沉降、分层沉降、边桩位移、地基深层水平位移、孔隙水压力、剖面沉降。
监控断面的设置原则是在试验方案设计中，各个工况段内典型断面作为监控断面，分别埋设沉降板、分层沉降标、边桩位移、测斜管、孔隙水压力计和剖面沉降仪。
观测断面初步设计见观测点布置图，布置说明如下：
①沉降板：JTG/T D31-02-2013规范要求其埋置于路中心、路肩及坡趾的基底。本次设计中沉降板布置为每一断面在道中及两侧路肩等间距间隔设置沉降板，同一断面5个沉降板。沉降板由底板、金属测杆和保护套组成底板尺寸为50cm×50cm×1cm，测杆直径为4cm，保护套管尺寸要能套住测杆并使标尺能进入套管，随填土增高，测杆和套管亦相应接长，每节长度小于50cm，接高后测杆顶面略高于套管上口，套管上口加盖封住管口，盖顶高出碾压面高度小于50cm。
②剖面沉降仪：为了测量整个连续剖面上土体的垂直沉降，在测线外设置一个基准点，根据各测点与基准点差计算出测线上各点沉降变化。本次设计中对典型断面布设剖面沉降仪，具体布设断面桩号见平面布置图。
③分层沉降仪：JTG/T D31-02-2013规范建议分层沉降一宜布置在与路中心、路肩以及边坡坡脚对应的位置，观测磁环可布置在各图层的地面或按一定的间距布置。本次设计中分层沉降仪设置在道路中心，观测磁环作为分层沉降标每隔1m设置一个。
④位移观测边桩：JTG/T D31-02-2013规范要求水平位移桩宜设置在边坡坡脚、边沟外缘以及距外缘10m范围以内的位置，本次设计中边桩布置为每一观测断面的路堤两侧坡趾处各设1根边桩，坡脚外10m范围内边桩根据现场情况设置。
⑤测斜管：JTG/T D31-02-2013规范建议测斜管宜设置在边坡坡脚。一般埋设于地基土体水平位移最大的平面位置，测斜管底部应置于深度方向水平位移为零的硬土层中至少50cm或基岩上。本次设计中的测斜管设置在每一个观测断面的路堤两侧坡脚处，管内放置测斜仪，孔深达软土层底部硬岩处。
⑥孔隙水压力计：JTG/T D31-02-2013规范要求孔隙水压力计宜布置在与路中心、路肩以及边坡坡脚相对应的地基中，并与沉降、水平位移观测点位于同一观测断面上。孔隙水压力测点沿深度布设应根据实验分析需要而确定。本次设计中设置的孔隙水压力计位于每一个观测断面道中心及距中心15m处，沿深度每5m设置一个孔隙水压力计。
实际布置根据现场情况作适当调整，监测点布置图见附图2-1~2-5。
9总结
1.通过对江门地区公路软土路基进行调研，发现一个问题（桥头跳车）和一个现象（未处理软基沉降大