吹填區(qū)域軟土路基處理方案比選

顧衛(wèi)華

(上海恒遠(yuǎn)建設(shè)工程有限公司，上海 202150)

0 引言

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

“精衛(wèi)填?！钡膫髡f(shuō)，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步已變成現(xiàn)實(shí)，在沿海及江、河、湖、浜水域岸邊進(jìn)行吹填造地，已經(jīng)成為城市建設(shè)土地資源開(kāi)發(fā)的另一條途徑[1-4]。吹填區(qū)域的吹填土土質(zhì)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(wěn)定。必須針對(duì)性處治后才可進(jìn)行工程建設(shè)[5，6]。

綜上，針對(duì)吹填區(qū)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(duì)吹填區(qū)域軟土路基處理方案進(jìn)行了比選，可以為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

北陳公路南段為吹填區(qū)域軟土道路路線全長(zhǎng)5.6 km，采用雙向六車(chē)道的城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車(chē)速50 km/h，紅線寬度50.0 m，征地寬度70.0 m。最低設(shè)計(jì)標(biāo)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(shè)計(jì)標(biāo)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(jī)動(dòng)車(chē)通行。

地貌單元屬長(zhǎng)江下游河口沖積平原，場(chǎng)地原為圍墾淤積形成，現(xiàn)已吹填回填，地勢(shì)平坦，現(xiàn)狀地面高程3.80 m左右。經(jīng)勘察，可將場(chǎng)地地基土按其物理力學(xué)性質(zhì)、巖性特征、埋藏分布規(guī)律自上而下劃分為6個(gè)工程地質(zhì)層，依次為:

①吹填土。褐灰、黃灰色，松散狀，主要由粉砂、細(xì)砂組成，含少量粘性土及有機(jī)雜質(zhì)，為吹填經(jīng)固結(jié)后形成，吹填時(shí)間為近1年～2年內(nèi)。均有分布，直接出露地表，層厚1.60 m～3.20 m。

②1含粉砂淤泥?；摇⒒液稚?，流塑狀，高壓縮性，層狀結(jié)構(gòu)，砂以粉砂、細(xì)砂為主，含量20%～30%，偶見(jiàn)有貝殼碎屑和半炭化植物碎屑。土質(zhì)不均勻，局部砂含量較高，達(dá)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(jiàn)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(zhì)粘土。灰黃、褐灰色，可塑狀，中壓縮性。含少量粉細(xì)砂，見(jiàn)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?yōu)檎惩痢雍?.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(jiàn)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(zhì)粘土。藍(lán)灰、灰、淺灰色，可塑狀為主，中壓縮性。含少量粉細(xì)砂，局部含量較多，達(dá)20%～30%，見(jiàn)有炭化物植物碎屑，刀切面粗糙。土質(zhì)不均勻，局部相變?yōu)檎惩痢?/p>

2 地基處理方法分析與比選

本節(jié)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)地基處理方法分析，來(lái)分析比選吹填區(qū)域適用的地基處理方法。

1)硬殼層補(bǔ)強(qiáng)法。由于吹填區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)域的路基處理。但是由于吹填區(qū)域以軟土地基為主，因此不適合。5)固化劑法?？捎糜诖堤钔烈杂倌酁橹鞯拇堤顓^(qū)域淺層軟基處理或預(yù)加固處理。6)強(qiáng)夯法。我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范規(guī)定:“強(qiáng)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(qiáng)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(duì)變形控制要求不嚴(yán)的工程”。因此，吹填區(qū)域應(yīng)視情況謹(jǐn)慎選用強(qiáng)夯法。7)堆載預(yù)壓法。該法具有機(jī)理明確、工法成熟、施工質(zhì)量易控制、處理影響深度大、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是工期偏長(zhǎng)，大面積施工需大量的預(yù)壓荷載。因此，吹填區(qū)域應(yīng)主要根據(jù)工期、堆載料來(lái)源等條件來(lái)合理選用堆載預(yù)壓法。8)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。該法具有機(jī)理明確、處理影響深度大、可節(jié)省部分堆載土料、工期相比堆載預(yù)壓較短等優(yōu)點(diǎn)，但是技術(shù)難度大，當(dāng)軟土內(nèi)含有大量貝殼或砂夾層時(shí)，其密封效果難以預(yù)料。因此，吹填區(qū)域應(yīng)主要根據(jù)技術(shù)水平、工程地質(zhì)情況等條件來(lái)合理選用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。9)深層攪拌法。該法工法成熟、機(jī)理明確、設(shè)計(jì)靈活、工期短，但是施工質(zhì)量較難控制、大面積加固造價(jià)高。因此，吹填區(qū)域應(yīng)主要根據(jù)工程地質(zhì)情況、造價(jià)等條件來(lái)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(jié)性，故可全長(zhǎng)范圍內(nèi)受力，能充分發(fā)揮樁周摩阻力和端承力，樁土應(yīng)力比一般為10～40，復(fù)合地基承載力的提高幅度較大，有沉降小、穩(wěn)定快的特點(diǎn)?？捎糜诩庸烫钔?、飽和及非飽和粘性土、松散的砂土、粉土等，對(duì)塑性指數(shù)高的飽和軟粘土使用應(yīng)慎重。因此，吹填區(qū)域應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況、造價(jià)等條件來(lái)合理選用CFG樁。11)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC樁)。PC樁具有強(qiáng)度高、剛性好、施工便捷、預(yù)制質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但是造價(jià)相對(duì)較高。吹填區(qū)域可根據(jù)條件選用，尤其適用于橋頭段、管線段等部位。12)低標(biāo)號(hào)混凝土樁(LC樁)。LC樁采用的是素混凝土，具有抗壓強(qiáng)度高、剛性好等特點(diǎn)，且單價(jià)基本與CFG樁相當(dāng)。因此，吹填區(qū)域應(yīng)主要根據(jù)工程地質(zhì)情況、造價(jià)等條件來(lái)合理選用LC樁。13)高壓旋噴樁。旋噴法適用于粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、新填土、飽和的粉細(xì)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(fèi)用為CFG樁的1.5倍～2倍，處理費(fèi)用極高。因此，推薦吹填區(qū)域局部加固可采用。14)過(guò)渡路面處理方法。當(dāng)軟土厚度較大時(shí)，路基不處理，而是直接在軟土地基上鋪筑臨時(shí)過(guò)渡的路面結(jié)構(gòu)，利用車(chē)輛荷載對(duì)地基進(jìn)行碾壓處理，待通車(chē)一段時(shí)間后，軟土路基沉降基本結(jié)束，再鋪筑正式的路面結(jié)構(gòu)。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，吹填區(qū)域市政道路要埋設(shè)各種市政管線(雨水、污水、電力、電信等)，鋪筑臨時(shí)過(guò)渡路面時(shí)，車(chē)輛碾壓造成路基的沉降對(duì)管線造成損壞，影響其正常的使用功能。因此，吹填區(qū)域市政道路不推薦采用此方法。15)輕質(zhì)路堤法。這種工法見(jiàn)效快，施工周期短，但造價(jià)高，比樁法復(fù)合地基平均高1.5倍～2倍左右，不適合吹填區(qū)域道路工程具體情況。

根據(jù)上述分析，考慮到本工程吹填土及軟土的特點(diǎn)，經(jīng)比選提出以下幾種適用于吹填區(qū)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(biāo)號(hào)混凝土樁;5)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁;6)排水固結(jié)法(含等載預(yù)壓、超載預(yù)壓、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓)。

3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

依據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG D30-2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中沉降及穩(wěn)定要求，選定各方案參數(shù)。進(jìn)而根據(jù)所采用的方案特點(diǎn)和參數(shù)，對(duì)各種處理方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)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(zhǎng)一般按15 m計(jì)，水泥含量15%時(shí)，一般處理價(jià)格為40元/m，樁頂鋪設(shè)30 cm碎石褥墊層。設(shè)置鋼塑格柵一層，造價(jià)約為20元/m2。在100 m×100 m的處理范圍內(nèi)大約有5 226根樁，則水泥攪拌樁處理單價(jià)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(zhǎng)一般按15 m計(jì)，一般處理價(jià)格為180元/m，設(shè)置樁帽，樁頂鋪設(shè)60 cm碎石，褥墊層碎石價(jià)格約90元/m3。在100 m×100 m的處理范圍內(nèi)大約有2 400根樁，則高壓旋噴樁處理單價(jià)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(zhǎng)一般按20 m計(jì)，一般處理價(jià)格為80元/m，設(shè)置樁帽，樁頂鋪設(shè)60 cm碎石，褥墊層碎石價(jià)格約90元/m3。在100 m×100 m的處理范圍內(nèi)大約有3 000根樁，則CFG樁處理單價(jià)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(zhǎng)一般按20 m計(jì)，樁身強(qiáng)度按照C10計(jì)，一般處理價(jià)格為90元/m，樁頂鋪設(shè)60 cm碎石，設(shè)置樁帽，每個(gè)樁帽約500元，鋼塑格柵兩層，造價(jià)約為20元/m。在100 m×100 m的處理范圍內(nèi)大約有3 000根樁，則LC樁處理單價(jià)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(zhǎng)一般按20 m計(jì)，樁身強(qiáng)度按照C60計(jì)，一般處理價(jià)格為130元/m，樁頂鋪設(shè)60 cm碎石，設(shè)置樁帽，每個(gè)樁帽約500元，鋼塑格柵兩層，造價(jià)約為20元/m2。在100 m×100 m的處理范圍內(nèi)大約有2 500根樁，則PC樁處理單價(jià)為:

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

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

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

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

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

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

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

注:以上各種方法的費(fèi)用均不包含路堤填筑以及結(jié)構(gòu)層等的費(fèi)用。

從以上9種處理方法中不難看出，處理費(fèi)用從高到低依次為:不處理(維修費(fèi)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(lián)合堆載預(yù)壓(291元/m2)、超載預(yù)壓(280元/m2)、等載預(yù)壓(270元/m2)。

地基處理比不進(jìn)行地基處理的經(jīng)濟(jì)效益要好，排水固結(jié)法相比復(fù)合地基法有著明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。而不處理的維修代價(jià)為1 020元/m2，排水固結(jié)法可節(jié)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(jié)省資金20%以上。進(jìn)行地基處理的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

從經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)看，在滿足沉降和穩(wěn)定要求、工期允許的情況下應(yīng)優(yōu)選排水固結(jié)法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復(fù)合地基法，再次為CFG樁等剛性樁復(fù)合地基法。

3.2 社會(huì)效益分析

吹填區(qū)域不進(jìn)行地基處理，雖然施工期間沒(méi)有加固費(fèi)用投入，但在后期養(yǎng)護(hù)中投入維修費(fèi)用較大，預(yù)計(jì)還會(huì)有較大的沉降發(fā)生，對(duì)道路的正常運(yùn)行還會(huì)帶來(lái)一些安全問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生交通事故，造成較差的社會(huì)影響，社會(huì)效益差。

進(jìn)行排水固結(jié)法處理后可以較好的解決工后沉降過(guò)大的問(wèn)題，預(yù)計(jì)還會(huì)有一定的沉降量，會(huì)面臨開(kāi)放交通后的大修以及一些安全問(wèn)題和發(fā)生一些維修費(fèi)用，社會(huì)效益較好。

進(jìn)行復(fù)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(wèn)題，期間基本不需要維修。將提高行車(chē)的舒適性和安全性，提高路面的平整度，社會(huì)效益十分顯著。

從社會(huì)效益的角度來(lái)看，在滿足沉降和穩(wěn)定要求、工期允許的情況下應(yīng)優(yōu)選CFG樁等剛性樁復(fù)合地基法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復(fù)合地基法，再次為排水固結(jié)法。

3.3 綜合效益分析

復(fù)合地基法施工周期短，預(yù)計(jì)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(jié)法，預(yù)計(jì)處理后還會(huì)有一定的沉降量，會(huì)面臨開(kāi)放交通后的大修以及一些安全問(wèn)題和發(fā)生一些維修費(fèi)用;未處理路段，雖然施工期間沒(méi)有加固費(fèi)用投入，但在后期養(yǎng)護(hù)中投入多達(dá)1 020元/m2的維修費(fèi)用，預(yù)計(jì)還會(huì)有一定沉降發(fā)生，對(duì)道路的正常運(yùn)行還會(huì)帶來(lái)一些安全問(wèn)題，當(dāng)有車(chē)經(jīng)過(guò)此地時(shí)會(huì)因跳車(chē)掉下來(lái)物件影響后車(chē)正常行駛，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生交通事故。

將以上幾種處理方法的社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合效益比較如表1所示。

從綜合效益的角度來(lái)看，在滿足沉降和穩(wěn)定要求、工期允許的情況下應(yīng)優(yōu)選排水固結(jié)法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復(fù)合地基法，再次為CFG樁等剛性樁復(fù)合地基法。

4 工程方案設(shè)計(jì)

依據(jù)方案比選及效益分析的結(jié)果，本工程最終選用了綜合效益最好的排水固結(jié)法配合特殊路段PC樁的方案。具體設(shè)計(jì)方案如下:

設(shè)計(jì)道路標(biāo)高小于5.0 m路段，應(yīng)超載至標(biāo)高5.7 m，預(yù)壓8個(gè)月后開(kāi)挖路槽并開(kāi)始路面鋪筑，計(jì)算工后沉降滿足規(guī)范要求。

設(shè)計(jì)道路標(biāo)高5.0 m～6.0 m路段，打設(shè)正方形布置、間距1.5 m、長(zhǎng)度20 m的塑料排水板，等載預(yù)壓8個(gè)月后卸載開(kāi)挖路槽并開(kāi)始路面鋪筑，計(jì)算工后沉降滿足規(guī)范要求。

設(shè)計(jì)道路標(biāo)高大于6.0 m路段，打設(shè)正方形布置、間距1.5 m、長(zhǎng)度20 m的塑料排水板，等載預(yù)壓12個(gè)月后卸載開(kāi)挖路槽并開(kāi)始路面鋪筑，計(jì)算工后沉降滿足規(guī)范要求。

設(shè)計(jì)道路橋頭段及管線段采用PC管樁，正方形布置、樁長(zhǎng)20 m、間距2.0 m。

表1 不同的處理方法綜合效益比較

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)吹填區(qū)域特點(diǎn)，比較分析了各種常用的軟基處理方法，并通過(guò)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析等表明:在滿足沉降和穩(wěn)定要求、工期允許的情況下應(yīng)優(yōu)選排水固結(jié)法，其次為水泥土攪拌樁等半剛性樁復(fù)合地基法，再次為CFG樁等剛性樁復(fù)合地基法。

綜合考慮，本工程采用了排水固結(jié)法配合特殊路段PC樁的方案，實(shí)踐表明該方案能較好地處理吹填區(qū)域軟土路基，且性?xún)r(jià)比較高，可以有效控制工后沉降。同時(shí)該方法施工方便、經(jīng)濟(jì)，值得在吹填區(qū)域類(lèi)似工程中推廣應(yīng)用。

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