吹填區域軟土路基處理方案比選

顧衛華

(上海恒遠建設工程有限公司，上海 202150)

0 引言

按照國務院頒布的《全國土地利用總體規劃綱要(2006—2020年)》，到2020年我國要保住18.05億畝耕地，這是新審批土地資源時所不能突破的警界線[1]。

“精衛填海”的傳說，由于科學技術的進步已變成現實，在沿海及江、河、湖、浜水域岸邊進行吹填造地，已經成為城市建設土地資源開發的另一條途徑[1-4]。吹填區域的吹填土土質差，含水量高;吹填后的地基承載力低;回彈模量均較小，且沉降尚未完全穩定。必須針對性處治后才可進行工程建設[5，6]。

綜上，針對吹填區域條件提出適合的軟土路基處理方案很有必要。本文以崇明北陳公路南段為依托，對吹填區域軟土路基處理方案進行了比選，可以為類似工程提供參考。

1 工程概況

北陳公路南段為吹填區域軟土道路路線全長5.6 km，采用雙向六車道的城市主干路標準，設計車速50 km/h，紅線寬度50.0 m，征地寬度70.0 m。最低設計標高必須滿足防洪、通航、排洪等要求，滿足市政管線最小覆土要求，最低設計標高采用4.5 m。道路最小縱坡采用平坡，最大縱坡不大于2%，便于非機動車通行。

地貌單元屬長江下游河口沖積平原，場地原為圍墾淤積形成，現已吹填回填，地勢平坦，現狀地面高程3.80 m左右。經勘察，可將場地地基土按其物理力學性質、巖性特征、埋藏分布規律自上而下劃分為6個工程地質層，依次為:

①吹填土。褐灰、黃灰色，松散狀，主要由粉砂、細砂組成，含少量粘性土及有機雜質，為吹填經固結后形成，吹填時間為近1年～2年內。均有分布，直接出露地表，層厚1.60 m～3.20 m。

②1含粉砂淤泥。灰、灰褐色，流塑狀，高壓縮性，層狀結構，砂以粉砂、細砂為主，含量20%～30%，偶見有貝殼碎屑和半炭化植物碎屑。土質不均勻，局部砂含量較高，達30%～40%。層厚10.50 m ～10.90 m。

②2淤泥。青灰、灰色，流塑狀，高壓縮性。見有貝殼碎屑和半炭化植物碎屑，含少量粉砂。刀切面光滑，有腐臭味。層厚16.80 m ～18.00 m。

④1粉質粘土。灰黃、褐灰色，可塑狀，中壓縮性。含少量粉細砂，見有貝殼碎屑、植物碎屑。刀切面稍粗糙，韌性差。局部粉粒含量較少，相變為粘土。層厚4.20 m～6.20 m。

④2粘土。灰色，軟塑～可塑狀，高壓縮性。含少量粉粒、粉砂，見有貝殼碎屑、植物碎屑。刀切面稍光滑，韌性高。層厚24.00 m ～26.50 m。

⑤粉質粘土。藍灰、灰、淺灰色，可塑狀為主，中壓縮性。含少量粉細砂，局部含量較多，達20%～30%，見有炭化物植物碎屑，刀切面粗糙。土質不均勻，局部相變為粘土。

2 地基處理方法分析與比選

本節通過對傳統地基處理方法分析，來分析比選吹填區域適用的地基處理方法。

1)硬殼層補強法。由于吹填區域表層是新近吹填土，一般不具備硬殼層的形成條件，因此該法不適用于吹填區域軟土路基處理。2)砂石擠淤法。此法包括砂石擠淤及砂碎石擠淤，適用于湖塘河底等積水洼地。由于吹填區域軟土厚度較厚，拋石擠淤法不適用。3)換土墊層法。由于吹填區域表層為一定厚度的吹填土，正是由于缺乏填土材料，才吹填造陸的，不具備大面積換土的條件，該法不適用。4)降低地下水位法。適用于砂性土或透水性較好的軟粘土層，因此可用于吹填土以砂為主、下臥層有一定厚度的砂性土或透水性較好的軟粘土層，且上部荷載不大的吹填區域的路基處理。但是由于吹填區域以軟土地基為主，因此不適合。5)固化劑法。可用于吹填土以淤泥為主的吹填區域淺層軟基處理或預加固處理。6)強夯法。我國行業標準JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范規定:“強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強夯置換法適用于高飽和度的粉土與軟塑～流塑的粘性土等地基上對變形控制要求不嚴的工程”。因此，吹填區域應視情況謹慎選用強夯法。7)堆載預壓法。該法具有機理明確、工法成熟、施工質量易控制、處理影響深度大、價格低廉等優點，但是工期偏長，大面積施工需大量的預壓荷載。因此，吹填區域應主要根據工期、堆載料來源等條件來合理選用堆載預壓法。8)真空聯合堆載預壓法。該法具有機理明確、處理影響深度大、可節省部分堆載土料、工期相比堆載預壓較短等優點，但是技術難度大，當軟土內含有大量貝殼或砂夾層時，其密封效果難以預料。因此，吹填區域應主要根據技術水平、工程地質情況等條件來合理選用真空聯合堆載預壓法。9)深層攪拌法。該法工法成熟、機理明確、設計靈活、工期短，但是施工質量較難控制、大面積加固造價高。因此，吹填區域應主要根據工程地質情況、造價等條件來合理選用深層攪拌法。10)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)。CFG樁由于樁身具有一定的粘結性，故可全長范圍內受力，能充分發揮樁周摩阻力和端承力，樁土應力比一般為10～40，復合地基承載力的提高幅度較大，有沉降小、穩定快的特點。可用于加固填土、飽和及非飽和粘性土、松散的砂土、粉土等，對塑性指數高的飽和軟粘土使用應慎重。因此，吹填區域應根據工程地質情況、造價等條件來合理選用CFG樁。11)預應力混凝土管樁(PC樁)。PC樁具有強度高、剛性好、施工便捷、預制質量好等優點，但是造價相對較高。吹填區域可根據條件選用，尤其適用于橋頭段、管線段等部位。12)低標號混凝土樁(LC樁)。LC樁采用的是素混凝土，具有抗壓強度高、剛性好等特點，且單價基本與CFG樁相當。因此，吹填區域應主要根據工程地質情況、造價等條件來合理選用LC樁。13)高壓旋噴樁。旋噴法適用于粉質粘土、淤泥質土、新填土、飽和的粉細砂(即流砂層)及砂卵石層等的地基。高壓旋噴樁的綜合處理費用為CFG樁的1.5倍～2倍，處理費用極高。因此，推薦吹填區域局部加固可采用。14)過渡路面處理方法。當軟土厚度較大時，路基不處理，而是直接在軟土地基上鋪筑臨時過渡的路面結構，利用車輛荷載對地基進行碾壓處理，待通車一段時間后，軟土路基沉降基本結束，再鋪筑正式的路面結構。根據相關規劃，吹填區域市政道路要埋設各種市政管線(雨水、污水、電力、電信等)，鋪筑臨時過渡路面時，車輛碾壓造成路基的沉降對管線造成損壞，影響其正常的使用功能。因此，吹填區域市政道路不推薦采用此方法。15)輕質路堤法。這種工法見效快，施工周期短，但造價高，比樁法復合地基平均高1.5倍～2倍左右，不適合吹填區域道路工程具體情況。

根據上述分析，考慮到本工程吹填土及軟土的特點，經比選提出以下幾種適用于吹填區域軟土路基處理的方法:

1)水泥攪拌樁;2)高壓旋噴樁;3)水泥粉煤灰碎石樁;4)低標號混凝土樁;5)預應力混凝土管樁;6)排水固結法(含等載預壓、超載預壓、真空聯合堆載預壓)。

3 經濟社會效益分析

3.1 經濟效益分析

依據中華人民共和國行業標準JTG D30-2004公路路基設計規范中沉降及穩定要求，選定各方案參數。進而根據所采用的方案特點和參數，對各種處理方式的經濟性進行比較。

1)水泥攪拌樁。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15 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5 226根樁，則水泥攪拌樁處理單價為:

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

2)高壓旋噴樁。樁徑50 cm，按等邊三角形布置，樁間距:一般路段為2.2 m，樁長一般按15 m計，一般處理價格為180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2 400根樁，則高壓旋噴樁處理單價為:

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

3)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3 000根樁，則CFG樁處理單價為:

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

4)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/m。在100 m×100 m的處理范圍內大約有3 000根樁，則LC樁處理單價為:

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

5)PC樁。樁徑40 cm，按正方形布置，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2 500根樁，則PC樁處理單價為:

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

6)真空聯合堆載預壓法。參考文獻[7]中某旅游公路K1+900～K2+000路段，單價291元/m2。

7)等載預壓法。參考文獻[7]中某旅游公路K2+649～K2+819路段，合計單價:270元/m2。

8)超載預壓法。參考文獻[7]中某旅游公路K2+819～K2+879路段，合計單價:280元/m2。

9)對比不處理路段。參考文獻[7]中江北大道K8+644～K8+714橋頭路段長70 m，寬24.5 m，累計沉降1.5 m。

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

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

注:以上各種方法的費用均不包含路堤填筑以及結構層等的費用。

從以上9種處理方法中不難看出，處理費用從高到低依次為:不處理(維修費1 020元/m2)、高壓旋噴樁(822元/m2)、PC樁(815元/m2)、LC樁(750元/m2)、CFG 樁(684元/m2)、水泥土攪拌樁(360元/m2)、真空聯合堆載預壓(291元/m2)、超載預壓(280元/m2)、等載預壓(270元/m2)。

地基處理比不進行地基處理的經濟效益要好，排水固結法相比復合地基法有著明顯的價格優勢。而不處理的維修代價為1 020元/m2，排水固結法可節省資金70%以上，即使成本最高的高壓旋噴樁也可比不處理節省資金20%以上。進行地基處理的經濟效益十分明顯。

從經濟效益的角度來看，在滿足沉降和穩定要求、工期允許的情況下應優選排水固結法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復合地基法，再次為CFG樁等剛性樁復合地基法。

3.2 社會效益分析

吹填區域不進行地基處理，雖然施工期間沒有加固費用投入，但在后期養護中投入維修費用較大，預計還會有較大的沉降發生，對道路的正常運行還會帶來一些安全問題，嚴重時還會發生交通事故，造成較差的社會影響，社會效益差。

進行排水固結法處理后可以較好的解決工后沉降過大的問題，預計還會有一定的沉降量，會面臨開放交通后的大修以及一些安全問題和發生一些維修費用，社會效益較好。

進行復合地基處理后由于其良好的性能很好地解決了工后沉降及差異沉降問題，期間基本不需要維修。將提高行車的舒適性和安全性，提高路面的平整度，社會效益十分顯著。

從社會效益的角度來看，在滿足沉降和穩定要求、工期允許的情況下應優選CFG樁等剛性樁復合地基法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復合地基法，再次為排水固結法。

3.3 綜合效益分析

復合地基法施工周期短，預計之后沉降量甚微，至正常大修期間，能保證道路的暢通;排水固結法，預計處理后還會有一定的沉降量，會面臨開放交通后的大修以及一些安全問題和發生一些維修費用;未處理路段，雖然施工期間沒有加固費用投入，但在后期養護中投入多達1 020元/m2的維修費用，預計還會有一定沉降發生，對道路的正常運行還會帶來一些安全問題，當有車經過此地時會因跳車掉下來物件影響后車正常行駛，嚴重時還會發生交通事故。

將以上幾種處理方法的社會經濟綜合效益比較如表1所示。

從綜合效益的角度來看，在滿足沉降和穩定要求、工期允許的情況下應優選排水固結法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復合地基法，再次為CFG樁等剛性樁復合地基法。

4 工程方案設計

依據方案比選及效益分析的結果，本工程最終選用了綜合效益最好的排水固結法配合特殊路段PC樁的方案。具體設計方案如下:

設計道路標高小于5.0 m路段，應超載至標高5.7 m，預壓8個月后開挖路槽并開始路面鋪筑，計算工后沉降滿足規范要求。

設計道路標高5.0 m～6.0 m路段，打設正方形布置、間距1.5 m、長度20 m的塑料排水板，等載預壓8個月后卸載開挖路槽并開始路面鋪筑，計算工后沉降滿足規范要求。

設計道路標高大于6.0 m路段，打設正方形布置、間距1.5 m、長度20 m的塑料排水板，等載預壓12個月后卸載開挖路槽并開始路面鋪筑，計算工后沉降滿足規范要求。

設計道路橋頭段及管線段采用PC管樁，正方形布置、樁長20 m、間距2.0 m。

表1 不同的處理方法綜合效益比較

5 結語

本文針對吹填區域特點，比較分析了各種常用的軟基處理方法，并通過經濟社會效益分析等表明:在滿足沉降和穩定要求、工期允許的情況下應優選排水固結法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復合地基法，再次為CFG樁等剛性樁復合地基法。

綜合考慮，本工程采用了排水固結法配合特殊路段PC樁的方案，實踐表明該方案能較好地處理吹填區域軟土路基，且性價比較高，可以有效控制工后沉降。同時該方法施工方便、經濟，值得在吹填區域類似工程中推廣應用。

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[5]劉景政.地基處理實例與分析[M].北京:中國建筑工業出版社，1998.

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