上海高速公路软基处理技术浅谈

　　 1　上海高速公路软基处理发展过程概述
　　上海地区高路堤软基处理的主要目的是减少高路堤工后沉降量，路堤稳定性是地基处理的重点。
　　1984年上海第一条高速公路——沪嘉高速公路开始修建，至今已有莘松、沪嘉东延伸段、沪宁及沪杭等高速公路相继建成或处于工程建设之中。表1列出了各条高速公路的最大路堤高度与局部路段曾使用的地基处理方法。

上海高速公路建设情况一览表　　　表1

工程名称	长度 (km)	最大高度 (m)	平均高度 (m)	建设期	地基处理	备注
沪嘉	15.6	4.5	2.7	1984.4～ 1988.10	粉煤灰填筑砂井堆载预压	多数欠载，部分试验路超载
莘松	20.59	7.5	3	1985.10～ 1990.12	粉煤灰路堤砂井塑料排水板	等载为主
沪嘉东 延伸段	5	lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:7.5pt;font-family:宋体'>8.9	3	1992.2～ 1993.12	粉煤灰路堤不处理超载，粉喷桩	粉喷桩为欠载预压
沪宁 (上海段)	26	7.5	4.3	1993.8～ 1996.10	粉煤灰路堤粉喷桩，钢渣桩	粉喷桩主要是欠载
沪杭 (上海段)	26	7.5	4	1996.8～ 1998.10	粉煤灰路堤塑料排水板，粉喷桩，钢渣桩?

1984年沪嘉高速公路主要采用袋装砂井，最大路堤高度控制在4.5m以下，在部分试验段进行了超载预压，多数路段为欠载预压，且预压时间不足。试验路还进行不同砂井间距的对比，在不同间距砂井处理段之间设过渡段。有些路堤采用粉煤灰，约减少了路堤自重1/4。1985年莘松高速公路仍采用袋装砂井处理，同时进行了塑料排水板试验，在堆载方面强调等载预压的技术措施。新桥立交采用全粉煤灰路堤试验，地基采用砂井处理，最大路堤高度达7.5m。1992年沪嘉高速公路东延伸段大规模采用粉煤灰路堤，地基用粉喷桩处理，最大路堤高度达8.9m；此外还进行了不处理地基条件下的超载预压试验；为解决“三孔”跳车，首次试用加筋土桥台，以期保证桥台与路基的同步沉降，减少差异沉降。1993年沪嘉高速公路上海段地基主要采用粉喷桩处理，并对钢渣桩进行了试验。1996年沪杭高速公路动工修建，在地基处理方面总结以往经验。根据软土层厚度分别采用塑料排水板、粉喷桩、钢渣桩等处理技术，并进一步使用超载预压，采取综合处理，因地制宜的技术方案。
2　上海软土地基特性
　　上海的地基主要为沿海软土层。从高路堤的工程特性来看，影响沉降量及工后沉降的主要土层为：褐黄色粉质粘土②(俗称“硬壳层”)，淤泥质土③④，暗绿色粉质粘土⑥等。根据该三类土层的分布及厚度，上海的地基土主要分两大类：一类地基“硬壳层”厚度一般在2～3m左右，淤泥质土厚度达10m以上，暗绿色土层埋藏较深或缺失，该类地基采用砂井等竖向排水固结法或粉喷桩法无法打穿淤泥质土层，地基土的压缩变形量大；另一类地基“硬壳层”一般或较厚，淤泥质土层不厚，暗绿色土层埋深浅，该类地基可采用打穿软土层的处理工艺，地基土的变形量较小。 根据上海几条高速公路的地质资料绘制而成，可以看出上海地基土的厚度存在较大的差异。表2 为三类土的主 ,要物理力学指标。

上海地基土主要土层物理力学指标　　表2

符 ? 号	土名	孔隙比 e	天然含 水量%	塑性 指数 lp	液性 指数 lL	压缩 系数	压缩 模量 KPa	天然 密度	抗剪强度 (固快)	容许 承载力 kPa
ф	CkPa
②	褐黄 色硬 壳层	0.9～ 1.06	26.5 ～38	7～ 16	0.6～ 1.1	0.14～ 0.33	4～6	18.5	20～ 27	11～ 22	100～ 110
③	灰色 淤泥 质粉 粘 "Arial Unicode MS"'>	0.96 ～1.3	40.6 ～49	14～ 15	1.5～ 1.67	0.62～ 0.88	2.5～ 3.1	17～ 17.6	15～ 17	13	60～ 80
④	灰色 淤泥 质粘 土	1.2～ 1.45	40～ 60	11	1.89	0.68	2.5～ 2.9	17.5	15～ 17	13	60～ 80
⑥	暗绿 色粉 粘土	2～ 3.5	24.1	12.7	0.44	0.22	6.5～ 7.4	19.7 ～2.0	16	53	185

3　高路堤软基处理总体评述
3.1　软基处理不能完全消除工后沉降
　　在目前有限的施工期内，堆载时间不可能很长，要通过地基处理来完全消除工后沉降是不现实的，工后修补不可避免。
　　高路堤软基处理不能完全消除工后沉降包括两层含义：一是工后沉降不可能为零；一是工后沉降不能满足地基处理设计的控制标准。上海地区高速公路工后沉降控制指标为：路桥连接段高路堤控制工后沉降为10cm，结构物之间的高路堤段控制工后沉降为30cm。根据上海沪嘉、莘松及沪嘉东延伸段几条高速公路建成通车后3.5～8年内高路堤的沉降观测资料，工后沉降量基本都超过10cm，最大的工后沉降超过50cm，砂井打穿软土层，工后沉降满足10cm。表3列出部分路段的工后沉降观测结果。

上海高速公路段工后沉降量　　表3

	沪嘉	莘松	沪嘉东延伸段
位置	1+ 030	1+486	1+541	4+465	新桥 立交	通波 塘桥	六磊 塘桥	庙塘 桥	0+400	0+550	0+938	1+190
时 间 范 围	88.10 96.12	88.10 96.12	88.10 96.12	88.10 96.12	90.12 93.6	90.12 93.6	90.12 93.6	90.12 93.6	93.12 94.10	93.12 94.10	93.12 94.10	93.12 94.10
路 堤 高 m	3.37	3.22	3.22	3.67	7.56	4.3	4.2	3	8.6	6.2	4.1	4.5
沉 降 cm	4	8.6	16.6	28	＞24	＞14	＞19	＞16	22	17	3	5
地 基 处 理	砂井 超载 打穿	天然 粉煤灰 等载	天然 粉煤灰 等载	砂井 填浜 未打穿	粉煤 灰 砂井 未打穿				粉煤灰 粉喷桩 未打穿	粉煤灰 粉喷桩 未打穿	粉煤灰 超载	粉煤灰 超载

　　从上海高速公路建成以来历年不断修补的事实来看，沪嘉自通车第一年就进行桥头沉降处理，连续4 年以上，每年进行修补；莘松自通车后第二年也开始桥头沉降处理，到1993年，部分桥头已进行过二次处理，1993年6月以后，开始对几座沉降较大的桥接坡进行罩面处理；沪嘉东延伸段工程通车不到一年的时间内就对祁连山高架路堤接坡进行了修补，通车三年内先后对其它两座桥接坡进行了罩面处理。通车5年后，路堤沉降基本稳定。
　　这说明，采用地基处理后不可能消除工后沉降，工后修补不可避免。
3.2　选择软基处理方法应与路堤高度、地基条件相结合
　　十多年来，上海先后进行过袋装砂井、塑料排水板、粉喷桩、钢渣桩及超载预压等地基处理方法的实际工程应用，从减少工后沉降的实践来看，各种软基处理方法在不同的路堤高度，不同的地基条件下，减少工后沉降的实际作用差异较大，具体表现为：?
　　(1)同一种方法在某一路堤高度范围内效果较佳；
　　(2)路堤高度不同，处理方法的效果相比较存在差异；
　　(3)地基条件不同，不同处理方法的效果也存在差异。
　　莘松、沪嘉及沪嘉东延伸段路堤工后沉降高度的散点关系。莘松高速公路自松江立交至新桥立交范围内路堤高度多大于3m，最大路堤高度达7.65m，多数桥接坡采用砂井处理，工后沉降基本与路堤高度成比例：沪嘉高速公路自祁连山路至南翔段路堤高度在2～4m之间，部分路段桥接坡采用砂井处理，从总体上看，工后沉降与路堤高度成比例增加，个别情况路堤接近4m而工后沉降小于10cm，路堤高度只有2m而工后沉降大于10cm；沪嘉东延伸段为粉喷桩加固地基，在路堤高度大于4m的情况下，工后沉降与高度成比例，且都大于10cm。这说明不同地基处理方法的技术效果与路堤高度有关，还可以看出，当路堤高度达到4～5m以上时，选用砂井与选用粉喷桩的处理效果相差不多。
　　沪嘉与莘松的地质条件也有较大差别。沪嘉在近祁连山及桃浦路段，软土层厚度在10m左右，14m深可见暗绿色土层，该路段砂井打穿软土层，因而工后沉降较小，3.3m高度土路堤在工后2年内沉降小于5cm；莘松高速公路近松江段软土层厚度达15～20m，采用砂井处理的路段一般经过一年半的等载预压，不少3m以下路段工后一年半的沉降达10cm；沪嘉东延伸段软土层厚度10～15m，暗绿色土层缺失，粉喷桩处理工后沉降超过10cm。这表明，在地基条件较好时，可选用砂井或粉喷桩等打穿软土层的处理方法，而软土层厚度大时，可采用较经济的砂井、预压处理方法。
3.3　软基处理需要足够的预压荷载和预压期
　　众所周知，天然地基与砂井需要一定的预压荷载和预压期。对粉喷桩、钢渣桩这一类柔性桩是否也需要预压荷载与预压期尚需论证。根据沪嘉东延伸段与沪宁高速公路的应用结果，粉喷桩处理地基仍需要一定的预压期。
　　预压荷载分超载、等载与欠载三种类型。超载预压是减少工后沉降的有效方法，对于天然地基及砂井处理地基，应尽可能采用超载或等载预压形式。在沪嘉高速公路修建时，不少路段因工期紧，预压荷载达不到等载要求，因而工后沉降较大，即使某些2.5m以下高度路堤也不例外；莘松高速公路普遍采用等载预压，预压期保持1年以上，因而工后的沉降量相对沪嘉而言要小，个别路段因预压期不够，工后沉降较大；沪嘉东延伸段工程对4～4.5m高度粉煤灰路堤采用超载预压，预压时间为9个月，工后一年半的沉降量小于5cm，张泾河桥与桃浦河桥两侧桥接坡路堤由于预压时间短，工后沉降达10cm。对于粉喷桩处理软基，较普遍的观点是沉降能很快稳定，预压荷载不强调等载或超载。然而在沪嘉东延伸段工程中，粉喷桩段路堤荷载采用欠载预压，预压时间仅4个月，4.2m高粉煤灰路堤工后一年半沉降达15cm。可见，无论是砂井处理或者粉喷桩处理，保持等载是必要的。

　　预压期的确定比较复杂，一方面要考虑工后沉降技术标准，另一方面又要现实地考虑工期太长，确定施工期沉降稳定的标准非常必要。从高速公路建设的实际情况看，沪嘉高速公路建设期3.5～4年，路堤预压期3个月到2.5年；莘松高速公路建设期5年多，路堤预压期为一般在14个月；沪嘉东延伸段工程建设期2年，路堤预压期4～9个月；沪宁高速公路工程建设期3.5年，路堤预压期6～9个月，究竟预压多少时间较为合理呢?下面就等载预压作一简要分析。
　　当地基处理方式选定之后，地基的沉降规律就基本确定。比如，当砂井的间距、长度、直径、地基土类型选定后，地基固结规律就已确定，固结度仅与时间有关。表4中列出沪嘉、莘松等部分路段不同预压时间的固结度、沉降速率及工后沉降，可以看出，当预压时间达6个月时，沉降速率为0.35～1.61mm/d，工后沉降为17.8～62cm；当预压时间达12个月时，沉降速率为0.2～0.53mm/d，工后沉降为13～29.3cm；当预压时间达18个月时，沉降速率为0.11～0.32mm/d，工后沉降为8.5～22cm。要使工后沉降达到10cm的控制标准，预压期需要2年以上，在路堤大于6m或地质条件差的路段预压时间需2.5～3年。从沉降过程看，当路堤超过临界高度时，沉降速率逐渐增大，满载预压一段时间后，沉降速率逐渐减小，沉降曲线上一般存在一个拐点，拐点之前，增加单位预压时间减少的工后沉降量很大，拐点之后沉降速率逐渐变小，增加单位预压时间减少的工后沉降量逐渐减小，因此预压时间至少应超过拐点。拐点实际上是沉降速率变化最大的位置，部分路段拐点时间见表4。达到拐点的时间一般要4～13个月，地质条件好，达到拐点时间短，反之则长。

不同预压时间的沉降速率及工后沉降量 表4

	沪嘉	莘松	沪宁
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