吹填区域软土路基处理方案比选

2013-08-21顾卫华

山西建筑 2013年6期

顾卫华

(上海恒远建设工程有限公司，上海 202150)

0 引言

按照国务院颁布的《全国土地利用总体规划纲要(2006—2020年)》，到2020年我国要保住18.05亿亩耕地，这是新审批土地资源时所不能突破的警界线[1]。

“精卫填海”的传说，由于科学技术的进步已变成现实，在沿海及江、河、湖、浜水域岸边进行吹填造地，已经成为城市建设土地资源开发的另一条途径[1-4]。吹填区域的吹填土土质差，含水量高;吹填后的地基承载力低;回弹模量均较小，且沉降尚未完全稳定。必须针对性处治后才可进行工程建设[5，6]。

综上，针对吹填区域条件提出适合的软土路基处理方案很有必要。本文以崇明北陈公路南段为依托，对吹填区域软土路基处理方案进行了比选，可以为类似工程提供参考。

1 工程概况

北陈公路南段为吹填区域软土道路路线全长5.6 km，采用双向六车道的城市主干路标准，设计车速50 km/h，红线宽度50.0 m，征地宽度70.0 m。最低设计标高必须满足防洪、通航、排洪等要求，满足市政管线最小覆土要求，最低设计标高采用4.5 m。道路最小纵坡采用平坡，最大纵坡不大于2%，便于非机动车通行。

地貌单元属长江下游河口冲积平原，场地原为围垦淤积形成，现已吹填回填，地势平坦，现状地面高程3.80 m左右。经勘察，可将场地地基土按其物理力学性质、岩性特征、埋藏分布规律自上而下划分为6个工程地质层，依次为:

①吹填土。褐灰、黄灰色，松散状，主要由粉砂、细砂组成，含少量粘性土及有机杂质，为吹填经固结后形成，吹填时间为近1年～2年内。均有分布，直接出露地表，层厚1.60 m～3.20 m。

②1含粉砂淤泥。灰、灰褐色，流塑状，高压缩性，层状结构，砂以粉砂、细砂为主，含量20%～30%，偶见有贝壳碎屑和半炭化植物碎屑。土质不均匀，局部砂含量较高，达30%～40%。层厚10.50 m ～10.90 m。

②2淤泥。青灰、灰色，流塑状，高压缩性。见有贝壳碎屑和半炭化植物碎屑，含少量粉砂。刀切面光滑，有腐臭味。层厚16.80 m ～18.00 m。

④1粉质粘土。灰黄、褐灰色，可塑状，中压缩性。含少量粉细砂，见有贝壳碎屑、植物碎屑。刀切面稍粗糙，韧性差。局部粉粒含量较少，相变为粘土。层厚4.20 m～6.20 m。

④2粘土。灰色，软塑～可塑状，高压缩性。含少量粉粒、粉砂，见有贝壳碎屑、植物碎屑。刀切面稍光滑，韧性高。层厚24.00 m ～26.50 m。

⑤粉质粘土。蓝灰、灰、浅灰色，可塑状为主，中压缩性。含少量粉细砂，局部含量较多，达20%～30%，见有炭化物植物碎屑，刀切面粗糙。土质不均匀，局部相变为粘土。

2 地基处理方法分析与比选

本节通过对传统地基处理方法分析，来分析比选吹填区域适用的地基处理方法。

1)硬壳层补强法。由于吹填区域表层是新近吹填土，一般不具备硬壳层的形成条件，因此该法不适用于吹填区域软土路基处理。2)砂石挤淤法。此法包括砂石挤淤及砂碎石挤淤，适用于湖塘河底等积水洼地。由于吹填区域软土厚度较厚，抛石挤淤法不适用。3)换土垫层法。由于吹填区域表层为一定厚度的吹填土，正是由于缺乏填土材料，才吹填造陆的，不具备大面积换土的条件，该法不适用。4)降低地下水位法。适用于砂性土或透水性较好的软粘土层，因此可用于吹填土以砂为主、下卧层有一定厚度的砂性土或透水性较好的软粘土层，且上部荷载不大的吹填区域的路基处理。但是由于吹填区域以软土地基为主，因此不适合。5)固化剂法。可用于吹填土以淤泥为主的吹填区域浅层软基处理或预加固处理。6)强夯法。我国行业标准JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范规定:“强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑～流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程”。因此，吹填区域应视情况谨慎选用强夯法。7)堆载预压法。该法具有机理明确、工法成熟、施工质量易控制、处理影响深度大、价格低廉等优点，但是工期偏长，大面积施工需大量的预压荷载。因此，吹填区域应主要根据工期、堆载料来源等条件来合理选用堆载预压法。8)真空联合堆载预压法。该法具有机理明确、处理影响深度大、可节省部分堆载土料、工期相比堆载预压较短等优点，但是技术难度大，当软土内含有大量贝壳或砂夹层时，其密封效果难以预料。因此，吹填区域应主要根据技术水平、工程地质情况等条件来合理选用真空联合堆载预压法。9)深层搅拌法。该法工法成熟、机理明确、设计灵活、工期短，但是施工质量较难控制、大面积加固造价高。因此，吹填区域应主要根据工程地质情况、造价等条件来合理选用深层搅拌法。10)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)。CFG桩由于桩身具有一定的粘结性，故可全长范围内受力，能充分发挥桩周摩阻力和端承力，桩土应力比一般为10～40，复合地基承载力的提高幅度较大，有沉降小、稳定快的特点。可用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散的砂土、粉土等，对塑性指数高的饱和软粘土使用应慎重。因此，吹填区域应根据工程地质情况、造价等条件来合理选用CFG桩。11)预应力混凝土管桩(PC桩)。PC桩具有强度高、刚性好、施工便捷、预制质量好等优点，但是造价相对较高。吹填区域可根据条件选用，尤其适用于桥头段、管线段等部位。12)低标号混凝土桩(LC桩)。LC桩采用的是素混凝土，具有抗压强度高、刚性好等特点，且单价基本与CFG桩相当。因此，吹填区域应主要根据工程地质情况、造价等条件来合理选用LC桩。13)高压旋喷桩。旋喷法适用于粉质粘土、淤泥质土、新填土、饱和的粉细砂(即流砂层)及砂卵石层等的地基。高压旋喷桩的综合处理费用为CFG桩的1.5倍～2倍，处理费用极高。因此，推荐吹填区域局部加固可采用。14)过渡路面处理方法。当软土厚度较大时，路基不处理，而是直接在软土地基上铺筑临时过渡的路面结构，利用车辆荷载对地基进行碾压处理，待通车一段时间后，软土路基沉降基本结束，再铺筑正式的路面结构。根据相关规划，吹填区域市政道路要埋设各种市政管线(雨水、污水、电力、电信等)，铺筑临时过渡路面时，车辆碾压造成路基的沉降对管线造成损坏，影响其正常的使用功能。因此，吹填区域市政道路不推荐采用此方法。15)轻质路堤法。这种工法见效快，施工周期短，但造价高，比桩法复合地基平均高1.5倍～2倍左右，不适合吹填区域道路工程具体情况。

根据上述分析，考虑到本工程吹填土及软土的特点，经比选提出以下几种适用于吹填区域软土路基处理的方法:

1)水泥搅拌桩;2)高压旋喷桩;3)水泥粉煤灰碎石桩;4)低标号混凝土桩;5)预应力混凝土管桩;6)排水固结法(含等载预压、超载预压、真空联合堆载预压)。

3 经济社会效益分析

3.1 经济效益分析

依据中华人民共和国行业标准JTG D30-2004公路路基设计规范中沉降及稳定要求，选定各方案参数。进而根据所采用的方案特点和参数，对各种处理方式的经济性进行比较。

1)水泥搅拌桩。桩径50 cm，按等边三角形布置，桩间距:一般路段为1.5 m，桩长一般按15 m计，水泥含量15%时，一般处理价格为40元/m，桩顶铺设30 cm碎石褥垫层。设置钢塑格栅一层，造价约为20元/m2。在100 m×100 m的处理范围内大约有5 226根桩，则水泥搅拌桩处理单价为:

(5 226×15×40+100×100×0.3×90+100×100×20)/(100×100)=360元/m2。

2)高压旋喷桩。桩径50 cm，按等边三角形布置，桩间距:一般路段为2.2 m，桩长一般按15 m计，一般处理价格为180元/m，设置桩帽，桩顶铺设60 cm碎石，褥垫层碎石价格约90元/m3。在100 m×100 m的处理范围内大约有2 400根桩，则高压旋喷桩处理单价为:

(2 400×15×180+2 400×500+100×100×0.6×90)/(100×100)=822元/m2。

3)CFG桩。桩径50 cm，按等边三角形布置，桩间距:一般路段为2.0 m，桩长一般按20 m计，一般处理价格为80元/m，设置桩帽，桩顶铺设60 cm碎石，褥垫层碎石价格约90元/m3。在100 m×100 m的处理范围内大约有3 000根桩，则CFG桩处理单价为:

(3 000×20×80+3 000×500+100×100×0.6×90)/(100×100)=684元/m2。

4)LC桩。桩径50 cm，按等边三角形布置，桩间距:一般路段为2.0 m，桩长一般按20 m计，桩身强度按照C10计，一般处理价格为90元/m，桩顶铺设60 cm碎石，设置桩帽，每个桩帽约500元，钢塑格栅两层，造价约为20元/m。在100 m×100 m的处理范围内大约有3 000根桩，则LC桩处理单价为:

(3 000×20×90+3 000×500+10 000×20×2)/(100×100)=750 元/m2。

5)PC桩。桩径40 cm，按正方形布置，桩间距:一般路段为2.0 m，桩长一般按20 m计，桩身强度按照C60计，一般处理价格为130元/m，桩顶铺设60 cm碎石，设置桩帽，每个桩帽约500元，钢塑格栅两层，造价约为20元/m2。在100 m×100 m的处理范围内大约有2 500根桩，则PC桩处理单价为:

(2 500×20×130+2 500×500+10 000×20×2)/(100×100)=815 元/m2。

6)真空联合堆载预压法。参考文献[7]中某旅游公路K1+900～K2+000路段，单价291元/m2。

7)等载预压法。参考文献[7]中某旅游公路K2+649～K2+819路段，合计单价:270元/m2。

8)超载预压法。参考文献[7]中某旅游公路K2+819～K2+879路段，合计单价:280元/m2。

9)对比不处理路段。参考文献[7]中江北大道K8+644～K8+714桥头路段长70 m，宽24.5 m，累计沉降1.5 m。

1.5 m ×70 m ×24.5 m ×680元/m3=1 749 300元。

单价:1 749 300元/(70 m×24.5 m)=1 020元/m2。

注:以上各种方法的费用均不包含路堤填筑以及结构层等的费用。

从以上9种处理方法中不难看出，处理费用从高到低依次为:不处理(维修费1 020元/m2)、高压旋喷桩(822元/m2)、PC桩(815元/m2)、LC桩(750元/m2)、CFG 桩(684元/m2)、水泥土搅拌桩(360元/m2)、真空联合堆载预压(291元/m2)、超载预压(280元/m2)、等载预压(270元/m2)。

地基处理比不进行地基处理的经济效益要好，排水固结法相比复合地基法有着明显的价格优势。而不处理的维修代价为1 020元/m2，排水固结法可节省资金70%以上，即使成本最高的高压旋喷桩也可比不处理节省资金20%以上。进行地基处理的经济效益十分明显。

从经济效益的角度来看，在满足沉降和稳定要求、工期允许的情况下应优选排水固结法，其次为水泥土搅拌桩等半刚性桩复合地基法，再次为CFG桩等刚性桩复合地基法。

3.2 社会效益分析

吹填区域不进行地基处理，虽然施工期间没有加固费用投入，但在后期养护中投入维修费用较大，预计还会有较大的沉降发生，对道路的正常运行还会带来一些安全问题，严重时还会发生交通事故，造成较差的社会影响，社会效益差。

进行排水固结法处理后可以较好的解决工后沉降过大的问题，预计还会有一定的沉降量，会面临开放交通后的大修以及一些安全问题和发生一些维修费用，社会效益较好。

进行复合地基处理后由于其良好的性能很好地解决了工后沉降及差异沉降问题，期间基本不需要维修。将提高行车的舒适性和安全性，提高路面的平整度，社会效益十分显著。

从社会效益的角度来看，在满足沉降和稳定要求、工期允许的情况下应优选CFG桩等刚性桩复合地基法，其次为水泥土搅拌桩等半刚性桩复合地基法，再次为排水固结法。

3.3 综合效益分析

复合地基法施工周期短，预计之后沉降量甚微，至正常大修期间，能保证道路的畅通;排水固结法，预计处理后还会有一定的沉降量，会面临开放交通后的大修以及一些安全问题和发生一些维修费用;未处理路段，虽然施工期间没有加固费用投入，但在后期养护中投入多达1 020元/m2的维修费用，预计还会有一定沉降发生，对道路的正常运行还会带来一些安全问题，当有车经过此地时会因跳车掉下来物件影响后车正常行驶，严重时还会发生交通事故。

将以上几种处理方法的社会经济综合效益比较如表1所示。

从综合效益的角度来看，在满足沉降和稳定要求、工期允许的情况下应优选排水固结法，其次为水泥土搅拌桩等半刚性桩复合地基法，再次为CFG桩等刚性桩复合地基法。