某工程軟土地基處理方案技術經濟比選

張軼君

（上海聯合工程監理造價咨詢有限公司，上海200032）

0 前言

某工程道路等級為一級公路兼城市快速路，不僅僅具有公路的性質，還有城市道路的功能。路面下還鋪設了各種市政管線（雨污水、電力、電信等）。設計時必須考慮到軟土地基沉降對行車和市政管線的影響。

根據《公路路基設計規范》（JTG D30-2004），路基容許工后沉降：一般路堤不大于30 cm，與涵洞相接路堤不大于20 cm，橋頭路堤不大于10 cm。

1 典型斷面不處理的總沉降量計算

總沉降由瞬時沉降、主固結沉降和次固結沉降組成。主固結沉降是根據已有資料中的壓縮試驗e-p曲線資料，采用分層綜合法計算；總沉降由沉降系數與主固結沉降綜合考慮計算。計算公式為：式中：S——地基土體總沉降；

Sc—最終主固結沉降；

m——沉降系數，取值范圍1.1～1.7；

n——沉降計算分層層數；

e1i——對應于第i層壓縮土層自重應力平均值的孔隙比；

e2i——對應于第i層壓縮土層自重應力平均值與附加應力平均值之和的孔隙比；

Hi——沉降計算分層第i層土層厚度。

沉降計算結果見表1所列。

可以看出，如果軟土地基不經過處理，工后沉降一般在0.8～1.7 m左右。

由于沉降量較大，不滿足規范要求。

表1 沉降計算結果一覽表（單位：m）

2 四種工況情況比選

2.1 工況一

過渡路面+橋頭軟基處理+路段軟土地基不處理。

2.1.1 過渡路面

臨時過渡路面往往應用于公路工程中，如該工程采用臨時過渡路面，施工順序從下至上依次是：市政管線→路基施工→臨時過渡路面→路基沉降穩定→加鋪路基→最終路面施工。

2.1.2 橋頭軟土地基處理

采用臨時過渡路面后，由于橋梁結構本身的沉降比較小，如果橋臺后的地基不處理，僅僅靠車輛的自重在短時期內難以對路基起到壓實效果。因此，臺后的路基處理都是必須的，否則橋梁臺后的跳車現象將會十分明顯

2.1.3 路段軟土地基不處理

從工程經濟性方面考慮，為了節省投資，降低工程造價，一般路段的軟土地基在采用臨時過渡路面后，不再進行特殊的處理，利用車輛荷載進行壓實。

但是由于該工程的軟土層的厚度大，一般在15～20 m，路基經過計算總沉降一般在0.8～1.7 m左右，道路下的管線無法承受如此大的變形，會造成管線結構本身破壞，因此不可行。

2.2 工況二

水泥混凝土路面+橋頭軟基處理+路段軟土地基不處理。

2.2.1 水泥混凝土路面

水泥混凝土路面具有剛度大、穩定性好、使用壽命長等優點，是一種經濟、可靠的高級路面結構，路面所用主要材料—水泥、石料易于就地取材，初期成本低。軟土及橋頭路堤段的不均勻沉降容易導致路面板的斷板、斷角等破壞現象。路面存在的大量結構縫，易引起跳車，且行車對周圍環境噪音影響較大。

2.2.2 橋頭軟基處理（同上）

2.2.3 路段軟土地基不處理（同上）

2.3 工況三

瀝青路面+軟基全段處理。

2.3.1 瀝青路面

由于結構設計的需要，瀝青混凝土路面總厚度一般較水泥混凝土路面厚，因此瀝青混凝土路面初期成本相對較高。

2.3.2 軟基全路段處理

該工程道路的等級為一級公路兼城市快速路，對道路本身的使用性能要求較高，在投資總量控制的前提下，對橋頭和路段的地基處理形式進行綜合分析，在滿足道路使用功能的前提下，盡量減少投資。軟基全路段處理，道路下的市政管線影響小，且不需要再進行額外特殊的處理，既可以保證其使用功能，又可以減少投資。

2.4 工況四

水泥混凝土路面+軟基全段處理（同上）。

2.5 小結

不同工況的比較見表2所列。

表2 不同工況比較表

3 各種軟土地基處理方式造價及經濟組合

根據一般所采用的樁型特點和參數，現對各種處理方式的經濟性進行比較。

3.1 經濟分析

3.1.1 水泥攪拌樁

（1）樁長小于等于18 m時:

樁徑50 cm，按等邊三角形布置，樁間距：一般路段為1.5 m，樁長一般按12 m計，水泥含量15%時，一般處理價格為40元/m，樁頂鋪設30 cm碎石褥墊層。設置鋼塑格柵一層，造價約為20元/m2。

在100 m×100 m的處理范圍內大約有5226根樁，則水泥攪拌樁方式處理單價為：

5226×12×40/1002=251（元 /m2）。

（2）樁長大于18 m時:

在100 m×100 m的處理范圍內大約有3000根樁，水泥含量15%時多向多軸攪拌水泥土（水泥砂漿）樁處理價格為60元/m，則多軸攪拌水泥土樁方式處理單價為：

（3000×20×60+1002×0.6×90）/1002=414（元/m2）。

3.1.2 CFG樁

樁徑50 cm，按等邊三角形布置，樁間距：一般路段為2.0 m，樁長一般按20 m計，一般處理價格為80元/m，設置樁帽，樁頂鋪設60 cm碎石，褥墊層碎石價格約90元/m3。

在100 m×100 m的處理范圍內大約有3000根樁，則CFG樁處理單價為：

（3000×20×80+3000×500+1002×0.6×90）/1002=631(元 /m2)。

3.1.3 LC樁

樁徑50 cm，按等邊三角形布置，樁間距：一般路段為2.0 m，樁長一般按20 m計，樁身強度按照C10計，一般處理價格為90元/m，樁頂鋪設60 cm碎石，設置樁帽，每個樁帽約500元,鋼塑格柵兩層，造價約為20元/m2。

在100 m×100 m的處理范圍內大約有3000根樁，則CFG樁處理單價為：

（3000×20×90+3000×500+1002×20×2）/1002=730（元 /m2）。

3.1.4 PC樁

樁徑40 cm，按正方形布置，樁間距：一般路段為2.2 m，樁長一般按20 m計，樁身強度按照C60計，一般處理價格為130元/m，樁頂鋪設60 cm碎石，設置樁帽，每個樁帽約500元,鋼塑格柵兩層，造價約為20元/m2。

在100 m×100 m的處理范圍內大約有2300根樁，則PC樁處理單價為：

（2300×20×130+2300×500+1002×20×2）/1002=753（元 /m2）。

3.1.5 真空聯合堆載預壓法

真空聯合堆載預壓法處理后，路基兩側與周邊地面易形成一條縱向裂縫，真空膜在施工中容易破壞，對施工工藝相對要求高。

工期需9～10個月，綜合處理費用約270元/m2。

3.2 地基處理方案

該工程道路雖為一級公路兼城市道路，但是路面下各種管線眾多，地基處理必須考慮到管線的因素。地基處理完成后，應先放置15 d以上(混凝土初凝及擾動土恢復)，填筑完后應預壓一個月以上，方可進行管線的施工。

路基處理寬度按照60 m計：

則橋頭和涵洞處理面積為：11×40×260+7×20×2×60=69600（m2）（臺后處理 40 m）；一般路段處理面積為：（6500-840-11×40×2-7×20×2）60=270000（m2）。

3.2.1 方案一：全路段剛性樁

剛性樁處理原理是利用混凝土或者鋼筋混凝土成樁，樁基穿透淤泥層，與周邊土體構成復合地基。目前，國內一般較常用的剛性樁有：低標號混凝土樁（LC樁）、預制管樁（PC、PHC樁）、薄壁管樁。

低標號混凝土樁（LC樁）、預制管樁（PC、PHC樁）是成熟技術，薄壁管樁造價較省，但在淤泥厚，流動性大的淤泥軟土中需做試樁后再確定是否采用。

如全路段采用剛性樁，由于剛性樁進入土性較好的持力層，地基主要沉降變形發生在樁尖所進入的持力層本身，沉降小，處理效果好，但單價高。

3.2.1.1 采用低標號混凝土樁（LC樁）

總造價為大約為：（69600+270000）×730=2.48（億元）。

3.2.1.2 采用預制管樁（PC型）

總造價為大約為：（69600+270000）×753=2.56（億元）。

3.2.1.3 采用薄壁管樁(經試驗后確定)

總造價為大約為：（69600+270000）×300=1.02（億元）。

3.2.2 方案二：橋頭剛性樁+路段水泥攪拌樁

對水泥攪拌樁樁長進行了調整，水泥攪拌樁要穿透淤泥層，由于淤泥層一般厚度較大（較多路段均超過20 m），采用一般水泥土攪拌樁的施工機械已不能滿足設計樁長的要求，若采用多向多軸攪拌水泥土（水泥砂漿）樁則造價需增加。

一般路段，根據沉降計算具體情況，如水泥攪拌樁不穿透淤泥層，可以滿足要求的話樁長縮短，但樁間距加密（由2 m變為1.5 m）。當不滿足沉降要求時，可局部采用剛性樁代替。

總造價約為：

69600×730+270000×270=1.24（億元）。（剛性樁采用LC樁）

69600×753+270000×270=1.25（億元）。（剛性樁采用PC預制管樁）

69600×300+270000×270=0.940（億元）。剛性樁采用薄壁管樁）

3.2.3 方案三：橋頭剛性樁+路段水泥攪拌樁+管線下剛性樁

由于道路下市政管線較多，埋置較深的主要為道路雙側污水管。如果一般路段全斷面均采用水泥攪拌樁施工，待管線施工時，對已施工的水泥攪拌樁樁體及褥墊層均造成較大的損壞，影響原施工質量。由于剛性樁可以獨立成樁，樁體變形較水泥攪拌樁等柔性樁小許多，可以在有污水管處追打至管底標高，可以大大減小管線沉降，而路基部分仍采用水泥攪拌樁，降低造價。

總造價：

（69600+10%×270000）×730+90%×270000×270=1.36（億元）。（剛性樁采用LC樁）

（69600+10%×270000）×753+90%×270000×270=1.38（億元）。（剛性樁采用PC預制管樁）

（69600+10%×270000）×300+90%×270000×270=0.95（億元）。（剛性樁采用薄壁管樁）

3.2.4 總造價比較

方案一：全路段剛性樁。

（1）采用低標號混凝土樁（LC樁）為2.48（億元）。

（2）采用預制管樁（PC型）為2.56（億元）。

方案二：橋頭剛性樁+路段水泥攪拌樁。

（1）剛性樁采用LC樁為1.24（億元）。

（2）剛性樁采用PC預制管樁為1.25（億元）。

方案三：橋頭剛性樁+路段水泥攪拌樁+管線下剛性樁。

（1）剛性樁采用LC樁為1.36（億元）。

（2）剛性樁采用PC預制管樁為1.38（億元）。

4 結語

可以看出，以上幾種方法，造價為真空聯合堆載預壓法，水泥攪拌樁，CFG樁，LC樁，預制管樁依次遞增。

CFG樁應考慮抗剪強度低的原因，造成斷樁。

LC樁因抗剪強度較CFG大，工藝成熟。

真空聯合堆載預壓法造價最省，但有縱向裂縫及透水層需要處理和周邊不允許有建筑及施工工藝較復雜等使用邊界條件，僅作為減少投資的比選方案使用。

為保證工程質量和地基處理的效果，同時受投資控制，推薦采用上述的方案三作為地基處理方案。