浅谈涵洞软基处理设计

朱万君

（福建省林业勘察设计院，福建 福州 350001）

0 引言

涵洞是道路工程中不可缺少的构造物之一，它在整个道路工程中扮演着排水、通行、保护各种电缆和管线的重要角色。而涵洞结构质量的好坏排除施工质量的影响外最主要的因素就是涵洞基础下地基处理地是否到位。涵身、翼墙的开裂和相邻涵身形成的错台就是地基处理不当的产物，因此合理的选择地基加固方法是保证涵洞结构稳定和涵体完整的基础。本文以莆田市总部商务区配套路网工程为例，对城市道路涵洞底部软基处理设计进行解剖与分析。

1 工程概况

莆田市总部商务区配套路网位于莆田市西天尾镇西南侧，属于莆田市西天尾镇莆田市总部商务区控制性详细规划区范畴，共包含公园路、支路一～支路七等8条道路，路线总长2.3744km，公园路规划红线宽度16m，支路一～支路七规划红线宽度12 米。支路一起点与支路三相交，测设桩号BK0+000，线位总体呈东南走向，在BK0+037 跨越现状河道，设计一座2-4.0×3.0m 铪箱涵，线路终点与支路七相交，测设桩号BK0+403.346。经地质勘察钻探成果表明该处箱涵底部地基中软土厚度约为6～9m，表层无硬壳层，为高含水量、高压缩性、低强度软弱土层。本次软基处理的关键就是如何针对此种地质情况选择最优的软基加固方案。

2 涵底软基处理设计的具体内容

2.1 前期准备

收集工程所在地的地形、水文、环境和地质勘探资料，根据资料确定出涵洞的形式和孔径大小，最终计算出涵洞的基础承载力数值。当该数值大于地基承载力基本容许值时就必须对此地基进行加固处理，同时涵洞的基础承载力也是软基处理是否合格的重要指标。

2.2 软基处理设计的基本思路

2.2.1 了解软基和软基处理

所谓软基就是软土地基，在本工程中主要指淤泥和淤泥质土。软基处理就是为满足建筑物对地基强度与稳定性的要求，而对软弱土层进行加固和补强的技术措施。

2.2.2 箱涵设计

新建涵洞为2-4.0×3.0m 钢筋混凝土箱涵，涵身采用C35 铪，其受力主筋及构造钢筋均采用HRB400 钢筋，涵身基础为C25 砼，翼墙为C35 砼，洞口河床铺砌为C20 砼。最终计算出箱涵基础承载力应不小于0.15MPa。

2.2.3 涵底软基加固方法

在道路工程中最常使用的涵底软基处理方法有四种。①换填法：当软弱土层厚度较小（厚度〈3m）时，采用挖除淤泥换填砂、碎石或石渣（费用低）的方法。②抛石挤淤法：当软弱土层厚度较大（3m〈厚度〈5m）时，采用的向淤泥抛填块石，以块石作为骨架来达到提高地基强度的方法。③复合地基处理法：当软弱土层厚度很大（厚度〉5m）时，采用的天然地基和加固基体（搅拌桩、高压喷射注浆桩、碎石桩、石灰桩）相结合组成的复合地基的方法。④钻孔灌注桩加固法：适用于各种地基的加固，需预制钢筋笼，费时费工、工程造价高。

2.2.4 涵底软基加固方案比选

根据地质勘探资料结合设计经验对该处箱涵涵底地基处理提出了桩基和复合地基两种处理方案。桩基方案选定为钻孔灌注桩，它施工工艺成熟、应用广泛，但本项目位于市区内，钻孔灌注桩产生的废浆难以处理易造成环境污染且工程造价高。复合地基方案考虑了搅拌桩和碎石桩两种，最终选定为粉煤灰碎石桩（造价经济）。粉煤灰碎石桩不但兼顾了钻孔灌注桩的各种优点还增加了无泥浆、无污染和容易控制质量等新优点，而且由它形成的复合地基不像桩基那样过分依赖桩体来承担水平和垂直的荷载。经各方单位商讨，同意此次涵底软基加固方案采用粉煤灰碎石桩复合地基进行加固。

2.2.5 粉煤灰碎石桩复合地基

粉煤灰碎石桩简称为CFG 桩，它是由碎石（粒径为20～50mm，松散密度为1.39t/m3，杂质含量小于5%）、石屑（粒径为2.5～10mm，松散密度为1.47t/m3，杂质含量小于5%）、粉煤灰（选用袋装Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰）、水泥（用32.5 级普通硅酸盐水泥）和水拌合而成具有一定粘结强度的桩[1]。粉煤灰碎石桩是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型，通过它提高地基承载力和减少地基变形的方式来进行软基的加固。本项目的涵洞基底软土地基，我们采用的是土工格栅砂垫层+粉煤灰碎石桩来进行加固。该加固方法是利用土工格栅砂垫层把桩和桩间土紧密的联系在一起，依靠桩体的承载力、振动沉管法施工和桩体对土体的挤密作用力和土工格栅砂垫层的作用力这三种力，形成了可满足涵洞基础承载力要求的粉煤灰碎石桩复合地基。

2.2.6 土工格栅砂垫层

土工格栅砂垫层保证了桩、土可以共同承担荷载，它不但减少了涵底基础底面的应力集中还重新分配了桩、土之间的荷载比率[2]。土工格栅砂垫层布设在桩帽之上，体现为60cm 厚碎石砂垫层，其中底层30cm，底层上铺设一层5cm 的砂隔离层，其上铺设一层土工格栅，再覆盖上一层5cm 的砂隔离层和20cm 碎石垫层，该垫层由中粗砂和碎石构成。特别注意用作垫层的中粗砂，应具有良好的透水性，含泥量不得超过5%，不含有机质、粘土块和其他有害物质。

2.2.7 复合地基设计参数

粉煤灰碎石桩复合地基的主要参数：①材料、机械的选择②桩径、桩距、桩长的确定③桩体强度的等级④沉降的计算⑤砂垫层厚度的确定⑥土工格栅的层数⑦压实的方法[3]。

2.3 施工质量控制

为保证粉煤灰碎石桩复合地基的施工质量一定要对以下几个方面进行严格的把关：①原材料的质量②场地平整、放样精确③混合料的配比、灌入量和钻孔施工质量的严格控制④施工结束后，对桩长、桩顶标高、桩位、桩体质量、土工格栅砂垫层的质量和地基承载力的检查。

2.4 沉降观测

在涵洞侧墙上设置沉降观测点，每侧各设置3 个，分别设置在涵洞进出口和涵身中心处，每个涵洞共设置6 个观测点，采用二等水准测量要求进行观测。

3 设计涵底软基处理时需考虑的问题

涵底软基处理时，应先通过收集到的准确的水文、地质勘探资料确定出不良土体的种类和厚度，再根据周边原材料供应情况参考当地常用的软基处理方式，定出最经济、合理、有效的处理方案。并注意如无必要，在同一工程中处理相同条件下的软基不建议采用多种不同的软基处理方案。

4 结语

准确、详细的地质勘探资料是涵底软基处理的依据，选择合理、经济的加固方案是软基处理的核心。如本案例中运用的土工格栅砂垫层+粉煤灰碎石桩就是该处涵底软基处理的最优方案，它形成的多元复合地基体系不仅在水平和竖向方面提高了地基承载力和抗变形能力，还起到了对土体排水固结和重新分配了桩、土之间应力关系的作用。其中土工格栅砂垫层就是为进一步提高本项目的软土地基承载力和减少箱体的不均匀沉降而专门设计的。软土地基加固方案的选择一定要注意与工程实际情况相结合，在相同环境和条件下，可借鉴总部商务区配套路网涵洞涵底软基处理设计。