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道路软基典型处理方案经济性分析陈鹏

发表时间：2021/5/10 来源：《建筑模拟》2021年第1期作者：陈鹏

[导读] 在市政公路工程中，可能面临日益复杂的地质条件，如处理不当，将造成市政道路不均匀沉降，进而影响市政道路通行能力和通行安全。在市政道路软基处理中，由于不同的施工技术方案所所处理的工程量、材料价格、租赁设备等存在较大的差异，从而造成软基处理方案综合费用差异较大。针对此问题，应在考虑技术可行性、施工简易性的前期下，综合对比技术方案经济性，以此实现市政道路建设成本的有效控制。

        中建二局土木工程集团有限公司北京市 100071
        摘要：在市政公路工程中，可能面临日益复杂的地质条件，如处理不当，将造成市政道路不均匀沉降，进而影响市政道路通行能力和通行安全。在市政道路软基处理中，由于不同的施工技术方案所所处理的工程量、材料价格、租赁设备等存在较大的差异，从而造成软基处理方案综合费用差异较大。针对此问题，应在考虑技术可行性、施工简易性的前期下，综合对比技术方案经济性，以此实现市政道路建设成本的有效控制。
        关键词：市政道路；软基处理；典型方案；经济性分析

                1市政道路软基简介
        道路软基是市政道路施工中一个比较常见的问题，指的是地基部分强度较低，含有很多有机物质成分，属于软弱土层。同时与其它路段相比，地下淤泥比较深厚，呈现出不均匀分布的情况。根据我国不同地区不同的地域风貌，在道路软基的处理过程中，也可以采用很多不同的方法。市政道路施工当中，如果遇到透水性差、压缩性大、强度低、表面含水量大的软弱土层，如淤泥、黏土、淤泥质土等，由于承载力和抗剪强度不足，因此需要采取软基加固处理。要先详细勘察分析软土层的具体情况，然后根据道路软基的实际性质，合理选择有效的处理方案，确保施工有效性。市政道路软基如果不能妥善处理，将会到来较大的安全风险，因此必须足够重视。
        2市政道路软基的危害性
        市政道路软基如果不采取充分的处理，将会产生较大的危害性。道路软基工程的主要影响，就是道路工程沉降的情况。如果对市政道路软基没有充分重视，未进行妥善处理或处理方案不当，都可能引起道路路基沉降的情况。在不同时间出现沉降现象，造成的影响和危害也有所差异。例如，市政道路施工前发生沉降，将会严重威胁现场施工人员的安全，可能造成较大的财产损失甚至人员伤亡。
        3工程概况
        某道路长度为 25km，含桥梁、涵洞等建设内容。项目区域年均降水量在 1500mm 左右，且降雨量季节分布不均匀，春夏两季占全年降雨总量的 80%。软土类型为淤泥质海相地质结构，表层为淤泥、粉质黏土，其地质性能较差，不宜作为天然浅基。下部为强风化 - 微风化花岗岩，工程地质性能较好。综合本项目地质条件、环境条件、构造物形式和工后沉降要求等因素，可供选择的软基处理方案主要包括：排水固结、抛石换填、水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩、预应力混凝土管桩和大直径管桩等。
        4软基处理方案及经济指标分析
        4.1 排水固结法及其经济性分析
        排水固结软基处理方案主要由排水系统、加压系统两部分组成，一般用于淤泥质、冲填饱和土和粘性地质的加固处理，适宜处理深度范围为 4 ～ 12m。常用的排水固结处理方法包括：砂石垫层预压固结法、塑料排水板预压固结法、砂井预压固结法、排水板预压固结法和真空管预压排水固结方法等。各方案适用范围及其经济性分析如下：（1）砂石垫层预压固结法。该方法适用于路堤高度小、软土厚度小的软基路段。以换填 40cm 砂石垫层为例，铺设土工格栅一层，预压土方按 5m 计算，其单位处理费用约为 112.71 元 /m2，其综合费用组成如表 1 所示。（2）塑料排水板预压固结法。该方法主要适用于软土厚度较大的软土路段，其处理深度一般在 4 ～ 12m 范围内。以 40cm砂垫层计算，土工格栅按 1 层计，塑料排水板采用正三角分布方式，设置间距按 1.3m，板长按 10m 计，预压土方按 5m 计，则其单位加固费用为 148.71 元/m2。其综合费用组成如表 2 所示。（3）真空预压固结法。该方案主要适用于软土厚度较大的软土路基，处理深度与塑料排水板预压固结法一致。其综合费用分析：砂垫层 60cm、袋装砂浆（7 桩径 7cm，间距 1.3m 桩长 10m）、预压土方按 5m 计，则其综合费用为 292.91 元 /m2。其综合费用组成如表 3 所示。

        4.2抛石换填方案及其经济性分析
        抛石换填施工技术是通过软土夯实并抛填块石、碎石、砂或其它颗粒性材料，最终形成混合砂石的复合地基。通过抛石换填方法，块石与周围软土形成稳定的复合地基，排出软土中的孔隙水，能够有效提高地基承载力和变形模量，常用的置换方案主要采用开挖置换方案，即在开挖后填筑碎石。其经济性分析：开挖土方，土工格栅（三层），碎石换填深度按 1.5 ～ 2.0m计，则其综合费用为 352 元 /m2。其综合费用组成如表 4 所示。
        4.3 水泥搅拌桩方案及其经济性分析
        水泥搅拌桩是以水泥作为软土固化剂的一种施工方案，通过专用的粉体搅拌机械，借助空压机将水泥均匀喷洒至软土地基内，水泥与软土地基形成稳定、水稳性和强度较高的复合型地基。根据道路建设项目实施经验，常见的水泥搅拌桩处理方案主要为：喷浆搅拌和喷粉型搅拌。水泥搅拌桩方案主要适用于软土厚度较大的饱和性粘土。粉喷桩处理深度不宜超过15cm，浆喷桩应控制在 20cm 以内。结合水泥搅拌桩处理方案的适应性，分析其经济性：碎石垫层按 30cm 计，粉喷桩（50cm，间距 1.25m，桩长 15m），则其综合费用为 484.3 元 /m2。其综合费用组成如表5所示

        4.4水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）方案及其经济性分析
        该技术方案是在利用夯锤击实孔中的碎石，并加入适量的石屑、粉煤灰、水泥等，加入适量的水制成具有一定粘结强度的管桩，从而与桩间软土、垫层形成复合桩基。水泥粉煤灰碎石桩桩径一般控制在 350 ～ 500mm，桩间距一般为桩径的 3 ～ 5 倍，当桩径小于 400mm 时，通常采用振动沉管打桩或螺旋机施工方式；当桩径大于 400mm 时，一般采用钻孔灌注桩施工技术。CFG 桩主要适用于杂填土、饱和及非饱和性粘土、粉土、砂性土或湿陷性软土地基中。在承载力要求较高的路段，其处理深度可超过 15m。CFG 桩经济性分析：碎石垫层按 30cm 计，预压土方按 4m 计，土工格栅（1 层），CFG 桩（桩径 40cm，间距 1.5m，桩长按 15m计），则其单位面积综合费用为 610.5 元 /m2。其综合费用组成如表 6 所示

        4.5预应力混凝土管桩及其经济性分析
        预应力混凝土管桩（PHC 管桩）是在高性能混凝土和预应力技术基础上发展形成的新型管桩施工技术，经专业工厂采用先张预应力和离心成型施工工艺，经蒸压养护后制成空心混凝土构件。PHC 管桩运输至施工现场后，采用锤击或静压施工工艺沉入地下，与桩间土形成稳定的复合地基。PHC 管桩主要适用于软土厚度达，对承载力要求高的道路桥梁、涵洞及高路堤路段，其处理深度可达 20m 左右。预应力混凝土管桩经济性分析：碎石垫层以 30cm 计，预压土方 4m 计，预应力管桩（桩径 5cm，壁厚 10cm，间距 3m，桩长按 15m 计），土工格栅 1 层，其单位面积费用约为 472.6 元 /m2。其综合费用组成如表 7 所示
                         4.6大直径管桩方案及其经济性分析
        大直径管桩是采用振动沉模自动排土后，经现场灌注混凝土后形成现浇管桩，管桩与褥垫层和软土共同形成复合地基。当前，我国国内最为常见的大直径管桩主要为预制大直径钢筋混凝土管桩，并在桩底焊接桩尖，依靠静压机或液压锤打桩机将大直径管桩打入预定设计深度，并在管桩内浇筑混凝土并振动，形成大直径现浇预应力管桩。大直径管桩主要适用于具有良好持力层的淤泥质黏土、砂土、粉砂土和素填土等，其处理深度可达 25m 以上。大直径管桩经济性分析：以碎石土褥垫层 30cm 计，预算土方按 4m 计，管桩（桩径 100cm，壁厚 10cm，间距 3.5m，桩长 15m 计），土工格栅 1 层，其单位面积费用约为 453.8 元 /m2。其综合费用组成如表 8 所示。

    结束语
        在道路软基处理方案选择过程中，应依据“技术先进、简单易行，经济合理”的原则，综合考虑道路工程地质条件、换填深度、材料价格、机具租赁价格、工程费用等因素，对各向技术方案进行经济性分析，以此实现道路工程造价有效控制。
        参考文献：
        [1] 蔡雨，徐林荣，钟启荣，商拥辉，周俊杰 . 基于蛛网结构相似的高速公路软基处理决策模型 [J]. 控制与决策，2020，35（02）：445-452.
        [2] 庄荣辉 . 公路桥梁过渡段软基路基施工技术方案分析与阐释 [J]. 江西建材，2017（02）：191+195.