公路软土路基处理方法经济合理性研究

　　摘 要：本文简述了软土的特征及各种软基处理方法，通过实例着重分析各种软基处理方法的特点和费用，寻求最经济合理的综合软基处理措施。

　　Abstract：This paper describes the characteristics of soft soil and a variety of soft approach, through the examples analyzed the characteristics and costs of a variety of soft approach, seeking the most economical and reasonable soft foundation treatment measures.

　　关键词： 软土;综合软基处理措施;经济合理性

　　Keywords: soft soil; integrated soft ground treatment measures; economic rationality

　　中图分类号：U213.1 文献标识码： A 文章编号：

　　引言

　　软土是指在滨海、湖泊、谷地、河滩上沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性强、抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态的细粒土，如淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等，它是自然历史的产物，是随着古地理、气候、沉积环境的变化而形成的。在工程设计中按地域地质特点将软土分为五个类型，分别为滨海沉积，湖泊沉积，河滩沉积，谷地沉积和沼泽沉积。三角洲地区地势平坦开阔，河流纵横交错，在河流冲积和海潮进退的共同作用下，广泛沉积了厚层的海陆交互相软土。

　　1. 软土路基处理方法

　　软土路基处理经过多年的发展，处理方法多种多样，针对不同的情况，采取不同的方法，因为各种处理方法都有它的适用范围、局限性和优缺点。常用的软土路基处理方法有四大类：排水固结法、置换法、强夯法、复合地基法。

　　1) 排水固结法：其原理是地基在荷载作用下.通过布置竖向排水体和水平排水层，将土中的孔隙水排出。一般是由排水和加压两个系统组成，排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水距离，该系统是由竖向排水体和水平排水层构成。加压系统是用路基填土堆载预压施加起固结作用的荷载，使土中的孔隙水产生压差而流向排水系统最终固结。

　　2) 置换法：是将地基底面以下处理范围内的软弱土层挖除，然后置换强度较大的砂砾、碎石土、素土、石灰土等透水性好以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并分层压实。

　　3)强夯法：强夯法处理地基是六十年代末由法国Menard技术公司首先创用的。该方法是利用夯锤从高处自由落下反复夯击地基，使软土在外力作用下得到振实、挤密，从而提高地基的强度。

　　4)复合地基法：是在天然地基的土体内增加人工增强体(桩)构成人工地基，在地基中应力按材料模量重新进行分布，大部分荷载由桩体承担，桩间土的应力相应减小，但土体仍与增强体共同承担荷载。在桩体的复合地基中桩的作用是主要的，桩又可以根据材料和强度分为散体土类桩——柔性桩(如碎石桩、砂桩)，水泥土类桩——半刚性桩(如水泥搅拌桩、旋喷桩)，混凝土类桩——刚性桩(如树根桩、CFG桩、各种砼桩)。

　　2. 实例说明

　　现设定一段软土地基工程量，处理路基宽度42m，采用部颁“96”预算定额进行预算定额计算，对以下几种软土路基处理方案进行经济性比较。

　　2.1砂垫层+预压方案(排水固结法)：

　　① 主要特点：先在土层中加设竖塑料排水板和40～50cm砂垫层，构成一个排水系统，再根据路基的地质条件和填土高度进行等载或超载预压，使地基在荷载的作用下增加土体的总应力，促使孔隙水能够迅速地从排水通道逸出，从而缩短沉降固结的时间。一般预压期3～6个月。

　　② 适用范围：软土厚度较大的地段，处理深度小于12米。

　　③ 优缺点：施工简单，费用低。但塑料排水板的质量差异性大，施工监理难度大，深、厚层软土的处理效果不佳，预压时间长，堆载预压需要的土方量大，不适合缺乏土源的地区使用。

　　④ 造价分析：

　　a.主要工程量为40cm砂垫层;土工格栅(一层);塑料排水板(正三角分布，间距：1.5m，板长10米 );预压土方(H=1.2m)

　　b.每公里路基处治造价约54.4元/m2，232.9万元/km，如需卸载，每公里造价约增加10多万元。

　　2.2 土工格栅+预压方案(排水固结法)

　　① 主要特点：在软土地基表面与路堤之间铺设土工材料，通过土工材料将上部填料的垂直变形向水平方向扩散，使上部施加的荷载能均匀分布在地层中。当软基进行等载或超载预压时，可能产生很大的变形，这时由土工材料承受拉力和土的摩擦作用可限制土体侧向挤出，从而减小变形和增大地基的稳定性。一般预压期3～6个月。

　　② 适用范围：路堤填土高度较小，软土埋藏不深且厚度小的地段。

　　③ 优缺点：施工简单，费用低。但施工期长，深、厚层软土的处理效果不佳，堆载预压需要的土方量大，不适合缺乏土源的地区使用。

　　④ 造价分析：

　　a.主要工程量为土工布(一层);预压土方(H=1.2m)

　　b.每公里路基处治造价约29.6元/m2，124万元/km，如需卸载，每公里造价约增加10多万元。

　　2.3 开挖换填方案(置换法)

　　① 主要特点：挖除不良软土层，换填渗水性材料、改良土或碎石土，并分层压实。

　　② 适用范围：表层软土且厚度小于3米的地段。

　　③ 优缺点：施工简单，对软土地基处理的效果好，质量容易得到保证，但换填深度过大时，施工就比较困难，置换出的弃方较难处理，多占土地且容易污染环境，工程造价相应增高。

　　④ 造价分析：

　　a.主要工程量为挖除的软土(H=2～3m);换填土(砂砾或石灰土)。

　　b.每公里路基处治费用换填土的造价为62～96元/m2 ，261～405万元/km(换填砂砾的造价为98～153元/m2 ，414～644万元/km)。

　　2.4 强夯方案(动力固结法)

　　① 主要特点：用夯锤从高处自由落下冲击土基，使软土中孔隙压缩，土体局部液化并形成良好的排水通道，孔隙水顺利逸出，土体随之固结，同时还可夯入砂、石渣、碎石等透水性较好的硬质颗粒性材料，使粒料与周围的夯土形成复合地基。

　　② 适用范围：局部软土埋藏较浅的地段，处理深度小于6米。

　　③ 优缺点：工艺简单，施工快，造价低，处理效果好，但噪音污染大，处理的深度有限。

　　④ 造价分析：

　　a.主要工程量为两遍点夯一遍普夯(夯点间距3m，夯击数5击，点夯能量3000KN.m,普夯能量1000KN.m);50cm砂垫层，沉降土方(H=1m)。

　　b.每公里路基处治造价约81元/m2，340万元/km，每增减一击，每公里处治费用增减10%左右。

　　2.5 水泥搅拌桩(复合地基法)

　　① 主要特点：利用水泥等材料作为固化剂，通过专用的搅拌机，在路基深处用螺旋钻头将软土和固化剂强制搅拌，由此产生一系列的物理、化学反应，使搅拌均匀的灰土硬结，形成具有整体性、水稳性和强度较高的复合地基。按其施工方法可分为喷粉水泥搅拌桩和喷浆水泥搅拌桩，粉喷桩是将水泥干粉通过深层搅拌机空心钻杆的喷灰口喷出，与地基深处已被钻头搅拌的软土拌和，浆喷桩则是将水泥浆用灰浆泵输送到搅拌机的中心管输出，与经搅拌的软土拌和。

　　② 适用范围：路基不稳定，软土厚度较大的地段。粉喷桩处理的深度小于12米，浆喷桩处理的深度小于15米。

　　③ 优缺点：施工技术成熟，工期短，处理效果较好，本地区使用广泛，在各种复合地基处治方案中造价较低，但施工监理难度大，对软基下部搅拌不易均匀，处理的深度有限。粉喷桩因不向地基增加水分，更适合于饱和软土，但粉尘污染较大;浆喷桩处理的深度和效果均好于粉喷桩，但造价略高。

　　④ 造价分析：

　　a. 主要工程量为土工格栅(一层);粉喷桩(正三角分布，间距1.5m，桩长10米 ，桩径50cm)。

　　b. 每公里路基处治造价约206.9元/m2，869万元/km。

　　3. 结语

　　公路成带状分布，跨越的地区比较广，软土类型也复杂多样，根据软土的不同特征、分布情况和地理环境因素，采取一种或者两种以上的软土路基处理方法。当要采用两种或两种以上的软土路基处理方法时，亦即软土的综合处理，一般要遵循以下原则：加速排水固结的措施和增强软土地基强度的措施相结合，地上、地面处理和地下处理相结合避免两种软土地基处理方法在施工上出现干扰及其作用上的相互抵销。采取软土路基综合处理措施，可以加快施工进度，缩短工期，节约建设成本。

　　根据现场地质勘察资料，借鉴已有的成功经验，结合现场施工条件、环境因素，合理选取一种或几种组合的处理方法，使处理后的路基满足工程建设的各项要求。在满足工程要求的前提下，如何做到经济合理，是我们需要解决的重要问题。

　　公路工程建设讲求时效性和经济性，追求最短工期完成，最低造价成本。例如某段公路的软土路基处理，根据地质勘察结果，得出软土层的特征，提出5个处理方案。经计算，处理后的效果都满足公路规范的要求，按照其工期和造价得出以下图形。最后根据业主方要求的施工期限或者造价预算，选出最恰当的方案。

　　参考文献

　　1 刘玉卓. 公路工程软基处理. 北京、人民交通出版社;

　　2 地基处理手册. 中国建筑工业出版社;

　　3 公路路基设计规范. 北京、人民交通出版社

　　4 公路工程技术标准. 北京、人民交通出版社

　　5 公路工程预算定额. 北京、人民交通出版社

　　6 陈明霞. 高等级公路软基处理技术浅谈. 中国科技信息. 2007年第5期

　　7 陈天官. 珠三角某高速公路段软基处理设计. 福建建设. 2006年第6期

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