某軟土路基處理經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案對比分析

饒遷根，羅大生，何杰，孟森松

（1. 湖南工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所，湖南株洲412007；2. 江西有色建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西南昌330038）

某軟土路基處理經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案對比分析

饒遷根1，羅大生2，何杰1，孟森松1

（1. 湖南工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所，湖南株洲412007；2. 江西有色建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西南昌330038）

以廣州市南沙開發(fā)區(qū)某路段K0+660～K0+843總計(jì)577m的軟土地基路段地基處理工程為例，對比分析了水泥土攪拌樁法、真空預(yù)壓+塑料排水板法、碎石樁法、袋裝砂井+堆載預(yù)壓法、楔形夯實(shí)水泥土樁法5種常見地基處理方法的施工工藝及工程造價。結(jié)果表明：幾種地基處理方法工程造價的高低依次為，袋裝砂井+堆載預(yù)壓法＜塑料排水板+真空預(yù)壓法＜楔形夯實(shí)水泥土樁法＜水泥土攪拌樁（粉體噴攪法）＜振沖碎石樁法；塑料排水板+真空預(yù)壓法、碎石樁法、楔形夯實(shí)水泥土樁法3種地基處理方法都能達(dá)到較好的處理效果；水泥土攪拌樁法、碎石樁法、楔形夯實(shí)水泥土樁法3種處理方法的施工周期都較短。根據(jù)實(shí)際工程特點(diǎn)，考慮各種地基處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、處理效果以及施工周期等因素，得出楔形夯實(shí)水泥土樁法為最佳方案。

軟土地基；地基處理；施工工藝；工程造價

1 研究背景及工程概況

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，土地的開發(fā)與利用日益增多，高速公路建設(shè)也迅速發(fā)展。在修建高速公路時，有時不得不經(jīng)過軟弱的土層，軟弱土層的承載能力較低，必須對其進(jìn)行加固或置換。目前，我國在綜合加固處理軟土地基方面已經(jīng)具有了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。根據(jù)軟土地基的地質(zhì)條件和水文地理的不同，軟土地基的處理方法主要有置換、排水固結(jié)、灌入化合物、振密擠密以及加筋等。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對這些方法的適用范圍、作用效果、造價、承載能力等進(jìn)行了分析比較。龔曉南、鄭俊杰[1-2]對公路地基處理方法的分類和適用范圍進(jìn)行了闡述，并結(jié)合實(shí)際工程案例對目前常用地基處理方法的工藝流程以及設(shè)計(jì)、施工方案進(jìn)行了分析，并對“橋頭跳車”、新老路堤交接頭地基處理、邊坡失穩(wěn)等問題提出了相應(yīng)的對策。溫少鵬[3]以宣杭鐵路增建第二線工程線路的路堤加固為例，分析了夯實(shí)水泥土樁的施工工藝和造價。張輝[4]運(yùn)用廣聯(lián)達(dá)軟件算量，從人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)具使用費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)、利潤、規(guī)費(fèi)、稅金等費(fèi)用構(gòu)成要素，組價計(jì)算并且分析了CFG樁+碎石樁復(fù)合地基的工程造價。胡艷東等[5]以天津市臨港工業(yè)區(qū)某化工廠真空預(yù)壓地基處理項(xiàng)目為例，從水平砂墊層作用和鋪設(shè)厚度、塑料排水板打設(shè)深度的確定、真空泵功率的選擇和卸載時間及卸載標(biāo)準(zhǔn)的確定4個方面，對真空預(yù)壓地基處理工法節(jié)約造價的可行性進(jìn)行了探討。

上述研究大多僅對地基處理方案進(jìn)行分類，比較其施工工藝、流程作業(yè)，著重考慮的是軟土地基處理方法的可行性，其造價分析主要局限在一個工程實(shí)例中同一種樁在不同施工工藝情況下的工程造價對比分析，或一個工程實(shí)例中單一地基處理方法的工程造價分析，對于不同地基處理方法的造價對比研究較少。因此，本文以廣州市南沙開發(fā)區(qū)某路段K0+660～K0+843總計(jì)577m的公路為例，對水泥土攪拌樁法、真空預(yù)壓+塑料排水板法、碎石樁法、袋裝砂井+堆載預(yù)壓法、楔形夯實(shí)水泥土樁法的施工工藝及工程造價進(jìn)行對比分析，進(jìn)而確定最佳的投標(biāo)方案。

廣州市南沙開發(fā)區(qū)某路段，其場地大部分為珠江三角洲沖積平原，地面河涌，水塘發(fā)育，地勢平坦，農(nóng)田廣布，地面高程為4.0～7.0m。根據(jù)《公路自然區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)》，該區(qū)屬于華南沿海臺風(fēng)區(qū)，道路經(jīng)過地段主要為水塘和果園地。K0+660～K0+843路段的地質(zhì)條件為軟弱土層。根據(jù)鉆孔揭露情況，路線內(nèi)地層按成因可分為：1）人工填筑土，平均厚度為1.2m；2）海陸交互相淤泥、淤泥質(zhì)砂層，平均厚度為2.0m；3）沖洪積粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土及砂層，平均厚度為4.3m；4）殘積粉質(zhì)砂土，平均厚度為7.3m；5）下伏燕山三期侵入花崗巖。

針對上述路段實(shí)例，擬設(shè)計(jì)5種地基處理方案，并對5種方案進(jìn)行工程造價估算。要進(jìn)行工程造價比較，就必須具備相應(yīng)的條件，即技術(shù)方案符合可比性原則。在施工地質(zhì)條件相同的情況下，本次估算排除了前期平整場地、通水通電等施工前期條件，著重考慮在施工過程中的施工造價，以每平方米的造價為比較依據(jù)進(jìn)行對比。

2 袋裝砂井+堆載預(yù)壓法

袋裝砂井+堆載預(yù)壓處理法分為袋裝砂井施工和堆載預(yù)壓施工2個部分。袋裝砂井井徑D為70mm，間距為1m，正三角形布置，并通過對置換率的計(jì)算，得出每平方米占1.16根樁[6]。袋裝砂井+堆載預(yù)壓法的工程造價見表1。其中，間接工程費(fèi)為直接工程費(fèi)的總和×10%，下同。

表1 袋裝砂井+堆載預(yù)壓法工程造價Table1The engineering cost for the bagged sand well + stack preloading method

砂井袋采用聚丙烯（poly propylene, PP）編織土工布，容許抗拉強(qiáng)度大于15kN/m，每卷長度不小于400m。本工程選用JJM23、DJL30-20履帶式砂井樁機(jī)，采用密封性能好的活瓣式樁尖。施工時，在樁機(jī)旁架設(shè)1臺經(jīng)緯儀，檢測樁管的垂直度。施工過程中應(yīng)控制沉管與拔管的速度，以減少對地基土的擾動。預(yù)壓是排水固結(jié)法加固軟弱地基的主要因素，通過加載預(yù)壓，迫使軟土中孔隙水排出，使孔隙水的壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，以增強(qiáng)地基強(qiáng)度。該地基處理方法在施工過程中的關(guān)鍵是堆載環(huán)節(jié)，需要分級加載、控制加荷速率，在加載的過程中必須實(shí)時監(jiān)測，達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行卸載，因此需要較長的施工周期。袋裝砂井+堆載預(yù)壓法在施工中受土質(zhì)、砂井、加載等級等因素的影響，當(dāng)各項(xiàng)因素控制不當(dāng)時，處理效果難以保證。

3 塑料排水板+真空預(yù)壓法

塑料排水板+真空預(yù)壓法施工的原理是將軟土路基處理區(qū)域作為一個密封體，通過真空泵負(fù)壓源，將土體中的孔隙水和空氣抽排出加固體，以提高地基的承載力。塑料排水板+真空預(yù)壓法分為塑料排水板施工和真空預(yù)壓施工2個部分。垂直排水通道采用塑料排水板，塑料排水板按正三角形布置，間距為1.0m，采用普通B型塑料排水板，插板深度按設(shè)計(jì)要求15m進(jìn)行施工，通過對置換率的計(jì)算，得出每平方米占1.16根樁。塑料排水板+真空預(yù)壓法工程造價見表2。

表2 塑料排水板+真空預(yù)壓法工程造價Table2The engineering cost for the plastic drainage plate +vacuum preloading method

塑料排水板的施工順序?yàn)閳龅仄秸佋O(shè)砂墊層→測量放樣→塑料排水板施工→排水盲溝、集水井、排水邊溝施工。密封膜采用3層聚乙烯（polyetthlene, PE）薄膜，根據(jù)各預(yù)壓區(qū)實(shí)際長度，每邊各增加5m密封膜，密封膜在工廠熱合一次成型，且必須符合設(shè)計(jì)要求。為滿足真空預(yù)壓要求，本次選用IS-Ⅱ型真空泵系統(tǒng)（抽真空為期3個月）。塑料排水板+真空預(yù)壓地基處理方法受塑料排水板規(guī)格、抽真空方法、真空膜密閉性能等因素的影響，在施工中應(yīng)合理使用真空泵，保持真空膜的密閉性，從而保證處理效果。采用真空預(yù)壓時，先抽真空，當(dāng)真空壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時，再進(jìn)行堆載。較之堆載預(yù)壓法，真空預(yù)壓法的施工周期較短。

4 水泥土攪拌樁法

水泥土攪拌樁的樁徑D為500mm，采用正三角形布樁，間距為1.3m，通過對置換率的計(jì)算，得出每平方米占0.607根樁。水泥土攪拌樁法的工程造價見表3。

表3 水泥土攪拌樁法工程造價Table3The engineering cost for the soil-cement mixing pile method

水泥土攪拌樁法采用四攪四噴法進(jìn)行施工，按照設(shè)計(jì)的要求，樁長為15m，水泥滲入比為18%～20%，垂直偏差不超過1.5%，樁徑偏差不大于4%。選用STB-1深層攪拌機(jī)，攪拌樁采用標(biāo)號為32.5R的普通硅酸水泥作為固化劑，水灰比為0.45，泵漿濃度采用密度計(jì)控制。水泥土攪拌樁方法的施工工藝流程如下：測量放線→樁機(jī)就位、對中→報驗(yàn)樁位→制備水泥漿→攪拌噴漿下沉→噴漿、攪拌、提升→重復(fù)攪拌下沉→重復(fù)攪拌上升→成樁結(jié)束位移→地基處理效果檢測。該地基處理方法在施工攪拌時速度較快，無振動，無噪音，通過特制的攪拌機(jī)械能縮短施工周期，節(jié)約施工成本。水泥土攪拌樁法是將水泥與原地基軟土層進(jìn)行攪拌混合，對于有機(jī)質(zhì)含量較高、酸堿度較低的黏土，處理深度不宜大于12m，否則，加固效果較差。

5 碎石樁法

碎石樁的樁徑D=1000mm，采用正三角形布樁，間距為1.7m，通過對置換率的計(jì)算，得出每平方米占0.4根樁。碎石樁法的工程造價見表4。碎石樁一般采用振沖器進(jìn)行作業(yè)，待振沖器成孔后，將振沖器向上移動一定的距離，把碎石填入所成的樁孔中，再用振沖器振密，如此反復(fù)循環(huán)施工，直至碎石樁制作完成。造孔的過程需要控制好吊機(jī)卷揚(yáng)繩的下放速度，不宜過快，一般為0.5～2m/min，并始終保持振沖器處于懸掛狀態(tài)，以免造成斜孔。若土層較硬，需在硬土層中將振沖器上下往復(fù)移動幾次，以使該段孔徑擴(kuò)大，便于填料。振沖的振密也是很重要的環(huán)節(jié)，依靠振沖器的水平振動力不僅將孔內(nèi)的石料振密，還不斷地將填料擠入孔壁土中，使孔徑擴(kuò)大。當(dāng)樁周土的約束力與振沖器的振力相等時，孔徑不再擴(kuò)大，即完成一根樁的施工。碎石樁施工工藝流程如下：測量定位→樁機(jī)就位→復(fù)測樁位→開始振動沉管→邊沉管邊灌卵石至設(shè)計(jì)深度→邊拔管邊振動邊繼續(xù)灌卵石→復(fù)打振動沉管→灌卵石→邊拔管邊振動邊繼續(xù)灌卵石→振動拔管→成樁。碎石樁法在施工過程中需要注意控制樁位偏移的大小、碎石填料的密實(shí)度以及碎石的風(fēng)化程度等，否則將影響樁體的質(zhì)量。利用該地基處理方法處理后的地基土的承載力得到顯著提高，同時利用大功率振沖器施工，造孔速度為8～10m/min，這對于施工周期短的項(xiàng)目較為適合。

表4 振沖碎石樁法工程造價Table4The engineering cost for the vibrational detritus stake method

6 楔形夯實(shí)水泥土樁法

楔形夯實(shí)水泥土樁法的樁頂直徑為500mm，樁底直徑為300mm，間距為1.7m，通過對置換率的計(jì)算，得出每平方米占0.607根樁。夯實(shí)水泥土樁法的工程造價見表5。

表5 楔形夯實(shí)水泥土樁法工程造價Table5The engineering cost for rammed soil-cement piles wedge method

根據(jù)樁位設(shè)計(jì)的平面布置圖以及測量基準(zhǔn)點(diǎn)，確定樁的位置。利用設(shè)計(jì)好的樁模打入軟土層中，成孔完成之后，對所成的孔進(jìn)行檢查。待檢查完成之后，把事先拌制好的水泥土填入成好的孔中，再用夾板自落式夯實(shí)機(jī)成樁。楔形夯實(shí)水泥土樁法的成孔工藝流程為：平整場地→定樁位→鉆機(jī)就位→鉆孔至設(shè)計(jì)深度→檢查成孔質(zhì)量→驗(yàn)收成孔；成樁工藝流程為：驗(yàn)收成孔→夯實(shí)孔底→制備水泥土→分層夯填成樁→檢查成樁量。夯實(shí)水泥土樁法具有施工工藝簡便、設(shè)備輕型、施工速度快、質(zhì)量容易控制等優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的推廣應(yīng)用。經(jīng)夯實(shí)水泥樁法處理的工程，其地基承載力有大幅度的提高，一般可提高50%～100%，變形量有明顯的改善，地基均勻性能好，沉降少。

7 地基處理技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對比

上述幾種常見的地基處理方法的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)對比見表6。由表6可以看出：1）幾種常見的地基處理方法工程造價的高低依次為，袋裝砂井+堆載預(yù)壓法＜塑料排水板+真空預(yù)壓法＜楔形夯實(shí)水泥土樁法＜水泥土攪拌樁（粉體噴攪法）＜碎石樁法；2）塑料排水板+真空預(yù)壓法、碎石樁法、楔形夯實(shí)水泥土樁法，這3種地基處理方法都能達(dá)到較好的處理效果；3）水泥土攪拌樁法、碎石樁法、楔形夯實(shí)水泥土樁法，這3種地基處理方法的施工周期都較短。

表6 幾種常用的地基處理方法的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)對比Table6The economic and technical index comparison table of some common ground treatment methods

8 結(jié)語

根據(jù)實(shí)際的工程特點(diǎn)，考慮各種地基處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、處理效果以及施工周期等因素，得出楔形夯實(shí)水泥土樁法為最佳方案。

[1]龔曉南. 復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002：19-169. Gong Xiaonan. Composite Foundation Theory and Engineering Application[M]. Beijing：China Architecture & Building Press，2002：19-169.

[2]鄭俊杰. 地基處理技術(shù)[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004：83-166. Zheng Junjie. Foundation Treatment Technology[M]. Wuhan：Huazhong University of Science and Technology Press，2004：83-166.

[3]溫少鵬. 夯實(shí)水泥土樁的施工工藝及造價分析[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2007，5(5)：66-68. Wen Shaopeng. The Construction Technics and Cost Analysis of Tamping Cement Pile[J]. Technological Development of Enterprise，2007，5(5)：66-68.

[4]張輝. CFG+碎石樁復(fù)合地基工程造價分析[D]. 北京：北方工業(yè)大學(xué)，2011. Zhang Hui. The Research on the Cost of CFG Pile Composite Foundtion[D]. Beijing：North China University of Technology，2011.

[5]胡艷東，劉江，孫永兵. 真空預(yù)壓地基處理工法節(jié)約造價的可行性[J]. 工程勘察，2010(1)：415-420. Hu Yandong，Liu Jiang，Sun Yongbing. The Feasibility of Vacuum Preloading Foundation Treatment Method to Save Cost[J]. Geotechnical Investigation Surveying，2010(1)：415-420.

[6]中國建筑科學(xué)研究院. JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002：6-60. China Academy of Building Research. JGJ 79—2012 Technical Code for Ground Treatment of Buildings[M]. Beijing：China Architecture & Building Press，2002：6-60.

（責(zé)任編輯：徐海燕）

Contrast and Analysis of Soft Soil Subgrade Treatment Economic and Technical Schemes

Rao Qian’gen1，Luo Dasheng2，He Jie1，Meng Sensong1
（1. Institute of Geotechnical Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China；2. Jiangxi Nonferrous Construction Group Co., Ltd.，Nanchang 330038，China）

Taking the example of a 577m soft soil foundation treatment project in the road K0+660～K0+843 of Guangzhou Nansha development zone, contrasts and analyzes the construction technology and construction cost of five common foundation treatment methods of the cement-soil mixing pile method, the vacuum preloading+plastic drainage plate method, the gravel pile method, the bagged sand drain+stack preloading method and the wedge-shaped compaction soil cement pile method. The results show that the engineering cost from low to high is the bagged sand drain + stack preloading method ＜the plastic drainage plate + vacuum preloading method ＜ the wedge rammed soil-cement pile method ＜ the cement-soil mixing pile (powder spray mixing method) ＜ the vibrational detritus stake method. Three methods of the plastic drainage plate + vacuum preloading, the gravel pile method and the wedge rammed soil-cement pile method achieve better treatment effect; The construction periods of the cement-soil mixing pile method, the gravel pile method and the wedge rammed soilcement pile method are short. According to the practical engineering characteristics, considering various factors of ground treatment schemes’advantages and disadvantages, economic technology, treatment effect and construction period, it is concluded that the wedge rammed soil-cement pile method is the optimal solution.

soft soil ground；ground treatment；construction technique；project cost

TU447

A

1673-9833(2014)05-0022-05

10.3969/j.issn.1673-9833.2014.05.005

2014-06-25

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51108176）

饒遷根（1989-），男，福建三明人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)楣こ添?xiàng)目管理，E-mail：1016317106@qq.com