簡述高速公路軟基典型處理方案及經濟分析

摘要：近幾年來，隨著公路建設技術水平的快速發展，地基處理技術、施工工藝和新材料、新設備的應用方面也有了較大的發展。軟基處理設計方案的多樣性決定著工程造價的差別懸殊。本文收集整理了安徽省已建成通車的高速公路軟基典型處理方案，并結合現行概預算定額、概預算編制辦法及近期材料綜合市場價格，對各處理方案的費用進行了計算和分析，為今后軟基處理方案比選提供必要的工程經濟參考。

關鍵詞：軟基處理技術方案 經濟分析

1 概述

高速公路跨越不同的地質區段、穿山越嶺，地質條件是高速公路建設方案及投資規模的重要影響因素之一。當天然地基不能滿足結構工程性能要求時，必須進行地基處理。

目前，軟基處理方案較多，各方案造價區別也較大。如何選擇經濟合理的處理方案？筆者認為，應結合地質勘探資料進行比選確定，要充分考慮工程經濟性和施工易操作性，擯棄一味保守而忽視經濟的軟基處理理念。

2 安徽省軟土類型及分布

安徽省地處華東片區，軟土類型屬內陸平原河床相、河漫灘相、牛軛湖相和山地沉積的山谷相。分布主要集中在長江中下游、淮河平原及山區、丘陵地區的一些山地。

內陸平原河床相、河漫灘相區域軟基處理的典型高速公路項目有合巢蕪、蕪宣、馬蕪、蒙蚌、蕪雁、沿江高速、望東大橋接線等；山地沉積的山谷相高速公路項目主要有六武、安景、合銅黃等。

3 已建高速公路軟土地基處理方案

3.1 蚌埠至南京高速公路（來安曹莊至明光段） 項目地處安徽省東北部。軟土分布近5Km。主要采用四種處理方案：淺層處理、豎向排水體處理、復合地基處理、換填處理等。

3.2 合肥至徐州高速公路（涂山淮河大橋至朱圍子段） 項目地處安徽省北部。軟土段分布在淮河北岸支流北淝河和淮河之間，為河流沖積成因，最大厚度達10m。

主要采用三種處理方案：淺層碎石墊層預壓處理、深層攪拌樁復合地基處理、碎石墊層換填處理等。

3.3 蕪湖至宣州高速公路 項目地處安徽省東南部。為長江下游沿河漫灘平原，由長江和青弋江近代沖積而成，最大厚度達30m。

根據當地工程實踐、環境條件、材料供應及施工技術狀況，對于不同的填土高度、構造物形式及對工后沉降的要求，軟基處理主要采用六種處理方案：預壓、鋪砂墊層、袋裝砂井、換填碎石、復合地基（水泥粉噴樁，深層攪拌樁）及路改橋等。

4 各處理方案分析及經濟指標

4.1 排水固結法 排水固結法由排水系統和加壓系統兩部分共同組合而成，適用處理各類淤泥、淤泥質土及沖填土等飽和粘性土地基，一般用于深度4～12米的軟土處治。常用排水固結法有砂石料墊層預壓固結法、砂井預壓固結法、排水板預壓固結法、真空預壓排水固結法等。安徽省已建高速公路中主要使用了其中的砂墊層預壓固結法、砂井預壓固結法、排水板預壓固結法三種方案。

4.1.1 砂墊層+預壓方案 適用范圍：路堤填土高度較小，軟土埋藏不深且厚度小的地段。分析計算主要工程量為40cm砂墊層；土工格柵（一層）；預壓土方（H=5m），其單位面積加固費用約111.4元/m2。費用組成如下：

4.1.2 塑料排水板+預壓方案 適用范圍：軟土厚度較大的地段，處理深度小于12米。分析計算主要工程量為40cm砂墊層；土工格柵（一層）；塑料排水板（正三角分布，間距@1.3m，板長10米）；預壓土方（H=5m）其單位面積加固費用約148元/m2。費用組成如下：

4.1.3 袋裝砂井+預壓方案 適用范圍：軟土厚度較大的地段，處理深度小于12米。分析計算主要工程量為60cm砂墊層；土工布（一層）；袋裝砂井（正三角分布，樁徑7cm，間距1.3m，樁長10m）；預壓土方（H=5m）其單位面積加固費用約156.4元/m2。費用組成如下：

4.2 置換法 置換法適用于淤泥、淤泥質土、雜填土等淺層處理，呈局部分布，處理深度通常控制在3m以內。常用置換法有開挖置換法、拋石擠淤法、輕型材料置換法等。安徽省主要使用了開挖置換法方案。開挖換填方案分析計算主要工程量為開挖預壓土方，土工格柵（三層），換填1.5-2.0m厚碎石。其單位面積加固費用約為351.6元/m2。費用組成如下：

4.3 復合地基法 水泥攪拌樁是利用水泥等材料作為固化劑，通過專用的粉體攪拌機械，用壓縮空氣將水泥粉均勻地噴入所需加固的軟土地基中，形成具有整體性、水穩性和強度較高的復合地基。安徽省已建高速公路目前主要采用水泥土類樁方案。常用的施工方法：利用灰漿泵進行噴漿型（濕法）攪拌和利用空壓機進行噴粉型（干法）攪拌。適用范圍：最適宜于加固軟土厚度較大的各種成因的飽和軟粘土。粉噴樁處理深度不宜大于15m，漿噴樁處理深度不宜大于20m。

分析計算的主要工程量為：30cm碎石墊層；粉噴樁（樁徑50cm，正三角分布，間距1.25m，樁長15m）。其單位面積加固費用約484.3元/m2。費用組成如下：

5 新處理方案的技術和經濟分析

近年來，隨著新技術、新工藝、新材料、新設備的不斷發展，安徽省高速公路軟基處理不僅處理深度在增加，處理方案也日臻完善。其中，復合地基法具有施工期短，處理深度大，效果較好等優點，一般用于橋頭和深層軟土（10～20m）的處治。除了已實施的水泥攪拌樁處理方案外，碎石樁、CFG樁、預應力混凝土管樁和大直徑管樁等處理方案正在逐步采用。以安徽院北沿江高速公路巢湖至馬鞍山段工程初步設計為例，進行計算分析，進一步探討軟基處理新方案的合理應用。

5.1 碎石樁 利用夯錘的垂直夯擊填入孔中的碎石，能量通過碎石向孔底及四周傳遞，利用樁體對樁周圍土層的擠密作用，使土與樁組成復合地基。

碎石樁樁徑一般為300-1100mm，樁間距一般為1.8-4倍樁直徑。常用的施工方法是振動成樁法和錘擊成樁法，主要是通過振動或錘擊把帶有特制樁尖的鋼管打入土層至設計深度，在鋼管內灌入碎石，然后邊振動邊緩慢拔出樁管，從而形成碎石樁，并在樁頂設置水平排水層，必要時可進行堆載預壓。具有置換、排水固結和復合地基的特點。

適用范圍：用于擠密松散砂土、素填土和雜填土等地基，但對粉土或粉粒含量較多的粉質砂基土一般不宜使用。在石料豐富地區，軟土厚度較大的地段得到廣泛應用。

分析計算的主要工程量為30cm碎石墊層；預壓土方（H=4m）；土工格柵（一層）；碎石樁（樁徑60cm，正三角分布，間距1.4m，樁長15m）。其單位面積加固費用約541.8元/m2。費用組成如下：

5.2 CFG樁 水泥粉煤灰碎石樁簡稱CFG樁，是在碎石樁基礎上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合制成的具有一定粘結強度的樁，與樁間土、褥墊層一起形成復合地基。CFG樁樁徑一般為350-500mm，樁間距一般為3-5倍樁直徑。當樁徑較小（350-400mm）時，常采用振動沉管打樁機或螺旋機施工，樁徑較大時一般用鉆孔灌注樁的成樁設備。適用范圍：可用于雜填土、飽和及非飽和粘性土、粉土、砂性土和濕陷性黃土地基中，對于軟土厚度大、承載力要求高的橋涵構造物及高路堤地段，處理的厚度可大于15m。

分析計算的主要工程量為30cm碎石土墊層；預壓土方（H=4m）；土工格柵（一層）；CFG樁（樁徑40cm，正三角分布，間距1.5m，樁長15m）。其單位面積加固費用約612.8元/m2。費用組成如下：

5.3 預應力混凝土管樁 預應力高強混凝土管樁（簡稱PHC樁），是在近代高性能混凝土（HPC）和預應力技術的基礎上發展起來的混凝土預制構件，在專業工廠里采用先張法預應力和離心成型工藝，經過蒸壓養護而制成的一種空心圓筒體等截面構件。運到施工現場后，通過錘擊或靜壓的方法沉入地下作為構筑物的基礎，與樁間土一起形成復合地基。

沉樁工藝有兩種：靜壓和錘擊，目前長三角地區以靜壓樁為主。

適用范圍：軟土厚度大、承載力要求高、工期要求緊的橋涵構造物及高路堤地段，處理的深度可超過20m。

分析計算的主要工程量為30cm碎石土褥墊層；預壓土方（H=4m）；預應力管樁（樁徑50cm，壁厚10cm，正三角分布，間距3m，樁長15m）；土工格柵（一層）。其單位面積加固費用約474.4元/m2。費用組成如下：

5.4 大直徑管樁 大直徑管樁又稱振動沉模大直徑現澆混凝土薄壁管樁（PCC樁），是采取振動沉模自動排土，現場灌注混凝土而成樁。振動沉模大直徑現澆管樁與褥墊層、土共同作用形成剛性樁復合地基。

目前國內做法有兩種，一是樁頭采用預制鋼筋混凝土樁尖（浙江省做法），二是采用活瓣樁靴（江蘇省做法）。其工作原理基本一致，即依靠沉腔上部錘尖的振動將內外雙層套管所形成的環形腔體在預制樁頭（或活瓣樁靴）保護下打入預定的設計深度，在腔內現澆混凝土，之后振動撥管，在環形域中土體與外部的土體之間便形成混凝土管樁。

振動沉模大直徑現澆管樁動力設備是振動錘，是近年新發展的一種新型樁技術，類似沉管灌柱樁。涉及震動、沉管、撥管、澆筑混凝土等工藝。

適用范圍：下臥層有良好持力層的淤泥質粘土、素填土、砂土、粉砂土、高液限及低液限粘土，處理的深度可達25m以上。

分析計算的主要工程量為30cm碎石土褥墊層；預壓土方（H=4m）；砼管樁（樁徑100cm，壁厚10cm，正三角分布，間距3.5m，樁長15ms）；土工格柵（一層）。其單位面積加固費用約元455.6/m2。費用組成如下：

6 結語

在設計軟基處治方案時，應本著“技術先進、經濟合理、施工易行”的原則，綜合考慮建設項目的工程地質條件、處理范圍、填土高度、工期要求、材料、機具設備來源和工程費用等因素，進行經濟及技術比選，使處治方案達到因地制宜、就地取材、保護環境、節約資源、安全實用的最佳效果。

參考文獻：

[1]程慶彬.高速公路路基軟基處理[J].價值工程，2012（18）.

[2]萬治安，徐秀敏.高速公路工程施工中軟基處理技術的應用[J].價值工程，2011（09）.

[3]劉宏杰.填海區軟基處理施工中易出現的問題與對策[J].價值工程，2011（24）.

作者簡介：

劉麗華（1968-），女，湖北武漢人，本科，高級工程師，研究方向為工程造價。