武汉四环线吴家山至沌口段软土地基病害处置技术研究

1　工程概况

1.1　地质条件

武汉四环高速公路吴家山—沌口段全长约22km，路基平均宽41m。通行车辆主要以大型货车为主，车流量大。标段K81+700~K82+600路基位于十永互通附近，两侧鱼（藕）塘密布，软土较厚，部分路基为鱼（藕）塘淤泥，地质条件差。

K81+700~K82+600段位于武汉南音湖附近，沿线水塘密布，地层中软土分布较厚，根据地勘资料，设计主要采用清淤换填、CFG桩等方式初步处理。2016年1月，完成标段K81+740~K81+868鱼（藕）塘地基处理施工，同年2月进行CFG桩随机抽检检测，检测结果均满足要求。

待静置6个月后，于2016年8~9月填筑路堤，施工周期1个多月。

在完成路堤填筑后施工基层水稳，铺筑两层水稳层后，标段K81+730~K81+840左幅、K82+270~K82+ 370左幅出现裂缝，如图1所示。

（a）

（b）

图1　K81+730~K81+840左幅、K82+270~K82+370左幅裂缝

（a）K81+730~K81+840左幅；

（b）K82+270~K82+370左幅

调查显示，对于K81+730~K81+840左幅，裂缝平面形态呈圈椅状，形成4条主裂缝，且裂缝1、裂缝2和裂缝3呈连通趋势，连通后的裂缝总长度约80m；裂缝4呈直线延展，与裂缝1~3不连通，裂缝宽度大小不等，宽度范围为2~6cm，裂缝距左侧路肩边缘0~12.5m，裂缝平均深度约3m，表现出明显的失稳特征。

对于K82+270~K82+370 左幅，现场调查显示呈直线延展，含2条主裂缝，其中裂缝1延续长度约 60m、宽 1~3mm，距左侧路肩边缘5~6m，裂缝深度较浅；裂缝2延展长度较短，大致与裂缝1垂直。

1.2　地层条件

（1）K81+730~K81+840地层自上而下依次如下。

1）素填土，浅红色，主要由粘性土组成，密实度稍密，厚度约2.2~5.5m。

2）淤泥质粘土，褐灰色，地层的含水量高、压缩性强，呈软塑状态，厚度变化较大，最大厚度为13.2m，地基承载力特征值为80kPa；粘聚力 c =11.93kPa，内摩擦角 φ =8.01°。

3）粉质粘土，黄褐色、褐黄色，含少量粉土、粉砂，呈可塑至硬塑状态，厚度变化较大，地基承载力特征值为240~300kPa，是较好的持力层； c =39.76kPa， φ =14.36°。

4）泥质砂岩：褐红色，泥质结构，呈层状构造，地基承载力特征值为350kPa，是较好的持力层。

（2）K82+270~K82+340地层自上而下依次如下。

1）人工填土，褐、灰褐色，呈干燥或稍湿状态，密实度呈松散至稍密状态，主要成分为粘性土，含少量角砾碎石，厚度2.0m。

2）淤泥质粘土，灰、浅灰、灰黑色，软、流塑为 主，具水平层理，含少量云母屑、碎贝壳及腐殖质，抗剪强度参数 c =14.4kPa， φ =2°，层厚10.1m。

3）粉质粘土，褐红色，硬塑状，稍湿，含少许硬质岩角砾，是较好的持力层，层厚3.8?m。

4）再往下为可塑~硬塑粘土。

2　软土地基处置措施 

CFG桩已在高速铁路、高速公路等路基工程及房屋结构等地基工程中得到了广泛的应用，具有沉降小、承载力高、施工速度快、经济环保、复合路基稳定性高等优点，是一种安全高效的软土路基处理 措施。此外，还经常用到土工格栅加固技术，其主要材料为CE131土工格栅，可增强软土地基的稳定性、固结速率及承载力，显著改善软土地基的流塑状态，并加快软土地基孔隙水的流动能力，避免水分堆积，防止积水集中侵蚀软土地基结构；而且对于鱼（藕）塘地基，须采用清淤回填技术置换底部淤泥。

因此，K81+700~K82+600段采用清淤回填+土工格栅+碎石垫层+CFG桩形式治理，清淤深度根据实际情况执行，将上部淤泥质粘土全部清完，直至达到下部粉质粘土持力层，换填轻质土。土工格栅均布置1层，相邻土工格栅搭接长度一般不小于30cm，碎石垫层平均30cm厚，CFG桩间距1.7~1.9m，正方形布置，桩径0.4m，桩长根据清淤深度实际情况执行，直至深入粉质粘土持力层不低于0.5m，CFG桩横向处理至路基边坡外侧100cm，在室内试验中桩身28d龄期立方体抗压强度不得低于10MPa，单桩承载力为210~250kN，复合地基承载力为130~135kPa。不同区段的具体处置方案如下。

（1）K81+730~ K81+765。

 CFG桩+平均30cm厚的碎石垫层+1层土工格栅，其中CFG桩长12m、桩间距1.7m、桩径0.4m，不同CFG桩成正方形布置，桩顶标高17.500m，处理范围至坡脚外1m。桩身28d无侧限抗压强度不小于10MPa，单桩承载力210kN，复合地基承载力135kPa。

（2）K81+765~K81+825。

 CFG桩+平均30cm厚的碎石垫层+1层土工格栅，其中CFG桩长16m、桩间距1.8m、桩径0.4m，不同CFG桩成正方形布置，桩顶标高17.500m，处理范围至坡脚外1m。桩身28d无侧限抗压强度不小于10MPa，单桩承载力250kN，复合地基承载力135kPa。

（3）K81+825~K81+840。

CFG桩+碎石垫层（30cm）+土工格栅（1层），其中CFG桩长12 m、桩间距1.7m、桩径0.4m，不同CFG桩形成正方形布置，桩顶标高17.000m，处理范围至坡脚外1m。桩身28d无侧限抗压强度不小于10MPa，单桩承载力210kN，复合地基承载力130?kPa。

（4）K82+270~K82+340。

采用长短CFG桩复合地基形式加固，其中短桩平均桩长10.5m、桩间距1.6m、桩径0.4m。而长桩平均桩长19m、桩间距3.2m、桩径0.4m，桩顶设计标高19.500m，单桩承载力240kN，复合地基承载力特征值130kN。

3　路面裂缝病害处置措施 

软土地基初步处置静止6个月后填筑路基，在铺筑2层水稳层后，路基出现较大的裂缝，产生裂缝的主要原因如下。

（1）施工工期紧，填土速率快，导致路基填土未得到有效压实、沉降。

（2）过快堆载，排水固结未完成，形成超静孔隙水压力，孔隙水仍存在于土体颗粒间，造成土体有效应力降低，进而降低地基稳定性。

（3）路面未做好防雨措施，3~8月为武汉雨季，降雨丰沛，雨量大、雨速急，雨水渗入浸泡路基并形成冲刷效应，降低了路基土体抗剪强度和土体颗粒间摩擦系数，增加了土体自重。

（4）由于道路施工，重载车辆来回行驶，静、动荷载大，进一步诱发了裂缝的形成，加剧了裂缝的扩大。因此，需对上述裂缝病害进行治理。一般常采用抛石挤淤、设置反压护坡道、路基注浆加固等方式进行路面裂缝治理。此外，根据现场勘探结果可知，裂缝最大深度约为3m，仍位于填土路基层，未深入至经CFG处理的复合地基层，该地层满足稳定性要求，因此应主要对填土路基层进行注浆加固处理，并设置反压护坡道，提高路基侧向约束力。

3.1　K81+730~K81+840左幅

反压护坡道宽度25m，顶部标高20.416m，底部设置100cm块（片）石垫层，以起到挤淤排水作用，填土压实度不小于85%。开挖左幅已施工水稳层及上路床至路缘石外缘0.5m，注浆加固顶标高为上路床底面，底标高为原设计CFG桩碎石垫层顶面，平均孔深6m，不同CFG桩之间呈正三角形布置，孔间距2m。上路床采用级配碎石回填，底部铺1层双向土工格栅，3层水稳之间铺筑玻璃纤维格栅，均采取左幅距路缘石外缘0.5m横向满铺的方式（图2）。

（a）

（b）

图2　K81+730~K81+840左幅裂缝处置措施示意

（a）平面；（b）剖面

3.2　K82+270~K82+370左幅

反压护坡道宽度15m，顶部标高20.020m，底部设置100cm碎块石垫层，以起到挤淤排水的作用。填土压实度不小于85%。对已有裂缝处水稳层进行开挖台阶，上路床注浆加固，顶标高为上路床顶面，底标高为原设计CFG桩碎石垫层顶面，平均孔深4.5m，正三角形布置，孔间距2m，如图3所示。

图3　K82+270~K82+370左幅裂缝处置措施示意

3.3　施工工艺

（1）测量放线。对注浆加固点位进行放样。

（2）打孔。采用钻孔或振动法将钢管注浆花管压入土中，顶部预留10cm左右，以便于后续接杆，直至设计深度，钻孔垂直度偏差不大于1%。

（3）浆液拌制。注浆浆液采用水泥浆，水灰比0.5~0.6，水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥。

（4）注浆压力。注浆压力0.2~0.30MPa，不超过0.5MPa，注浆量按实际用量计算。

（5）灌浆结束。采用注浆量与注浆压力双控制原则，并以压力为主、注浆量为辅的方式。当注浆压力骤降且大量浆液冒出地面时，终止压浆。不同注浆孔间采用跳孔间隔注浆，并采用先外围后中间的注浆顺序，以形成封闭帷幕，防止浆液外泄至坡面。

（6）总体施工顺序。反压护坡道→挖除水稳和上路床→注浆加固→铺设土工格栅（横向铺筑）→上路床填筑压实→水稳和路面施工。

3.4　工程量统计

根据上述处理措施，工程量或主要耗材统计见 表1，水泥用量根据实际情况执行，难以精确预算。

表1　工程量或主要耗材统计

3.5　稳定性监测

为监测经上述措施处置后软土路基的稳定性，在该段路基埋设了大量的测斜管和沉降监测仪，监测路基的稳定性和沉降，监测布置点如图4所示。

（a）

（b）

图4　监测点布置示意

（a）K81+730~K81+840左幅；

（b）K82+270~K82+370左幅

对于K81+730~K81+840左幅，监测断面分别位于K81+740、K81+760、K81+780和K81+820；对于K82+270~ K82+370左幅，监测断面分别位于K82+310和K82+340。靠近道路中心线侧为1号沉降观测点、位于路缘侧为2号沉降观测点，其中K82+310的2号沉降观测点被损毁，无监测数据。

根据持续半年的监测结果表明，地基沉降速率已趋于平稳，沉降速率接近于0，表明路基已处于稳定状态。

实际上，该路段自2017年6月通车至今，一直保持着良好的运行状态，未见显著裂缝病害、未发生显著沉降。上述结果表明，本研究软土路基裂缝病害处置措施是有效的。

4　结论

（1）武汉四环线吴家山至沌口K81+700~ K82+600段位于武汉南音湖附近，沿线水塘密布，地层中软土分布较厚，软土地基处置难度大。

（2）通过采用以清淤回填+土工格栅+碎石垫层+CFG桩为主的治理措施后，K81+730~K81+840左幅和K82+270~K82+370左幅出现了较大的裂缝，裂缝位于填土路基层，未深入经CFG处理的复合地基层，因此进行了反压护坡道+抛石挤淤+上路床注浆加固的治理措施。

（3）监测结果表明，路基水平位移速率和沉降速率均满足规范要求，且该路段自2017年6月开通运行至今未产生新病害，路基裂缝病害得到了有效 控制。