番禺3号道路技术经济对比.doc

番禺区生物医药园配套道路工程3号路路基软土加固方案技术及经济比较一、 工程概况番禺区生物医药园配套道路工程3号线为生物医药园配套道路工程共6条道路线中的一条，位于化龙镇内，该范围位于现代产业园中部，东部快速干线辅道以东、金山大道延长线以南、七沙涌以西、金利大道以北的区域。该区域现状主要为蕉地及鱼塘，七沙涌西岸沿线有少量民居。园区的陆路交通主要通过东部快速干线辅道、金利大道与外界联系。3号路起点接东部快速干线辅道，路线向东北延伸与2号路相交后至终点接1号路，长约1.04km；为城市次干路，双向四车道，设计车速为40km/h。道路红线宽度为40m，其横断面布置形式为40m=7m（人行道及非机动车道）+5m（绿化带）+16m（行车道）+5m（人行道及非机动车道）+7m（绿化带）；1、2、5、4、6号路红线宽度为30m，其横断面布置形式为30m=7m（人行道及非机动车道）+16m（行车道）+7m（人行道及非机动车道）。二、场地岩土工程特点目前，场地还未进行岩土工程勘察，根据附近现代产业园勘察报告地质报告，线路分布的地层主要有：a. 分布于场区的田埂、机耕路、河涌堤边等处厚度0.43.10m的第四系全新人工填土。b.场地广泛分布的厚度0.401.00m第四系全新统植物层，即地表硬壳层。c. 场地分布较均匀第四系全新统冲积层：，其上部一般为淤泥和淤泥质土，该层分布广泛，厚度4.9025.50m；下部为砂土。d.下卧层：残积土层及基岩本道路处于珠江三角洲冲积平原下游地段，地势较低，水系发达，区内河网密布，塘池星罗，沿线地下水位埋藏较浅，水质为淡水，经水质分析场区地下水对混凝土结构及钢结构有弱腐蚀性，在干湿交替的条件下，对混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性。本工程地区地震基本烈度为7度区。拟建场区分布有淤泥质土，在7度地震烈度力作用下，淤泥3-1属于对震陷敏感的软弱层，且场地分布有可液化砂层3-2和3-3，本场地属建筑抗震不利地段。根据上述附近的现代产业园勘察报告地质报告分析，本项目场地内淤泥呈流塑可塑状，属于含水量高、孔隙比大、压缩性高、透水性差、中等灵敏性、承载力低的特性，具流变性及触变性；工程性能差，该层埋深浅，深度2.6m26m，在上部垂直荷载作用下会产生较大的沉降及沉降差，沉降的时间延续长，易发生蠕变引起土体侧向挤出滑移。该层须经加固处理方可作为路基持力层使用。淤泥下的粉砂、细砂层松散稍密状，承载力低，为可液化砂土，未经处理，不可作为路基地基的下卧层。变形、稳定分析是软土地基上路基设计的主要问题，鉴于路基施工的特点，控制设计因素往往是沉降问题；路堤的沉降主要来源于固结和侧向位移；通过以上分析，在该场地在进行道路路基设计时，需对淤泥层进行软基的处理，提高其承载力，减少其沉降；对下卧层粉砂、细砂层提高其抗液化能力；这样才能保证路基的稳定。三、软基处理方案比选软基的处理目的是为了控制沉降、保证稳定、抗液化和震陷；软土地基处理方法也多种多样，一般来说可分为：柔性桩复合地基：砂桩、碎石桩等；半刚性桩复合地基：水泥土搅拌桩、旋喷桩等；刚性桩复合地基：预应力管桩、CFG桩、混凝土桩等；其他方法：强夯法、挤密法、预压法等；针对该场地的岩土特点，我们将对软基处理的各种方案的进行比较，选择适合该场地的处理方案，以保证工程的质量，减少投资，提高工作效率，缩短工期。（一）常用软基加固方法比选根据地区工程经验，我们把常用软基加固方法以列表来说明其优缺点：常用软基加固方法比较表地基加固方法适用范围优点缺点水泥土搅拌桩（干法和湿法）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。机械和施工队伍较多，可以加快工期。冒浆、扰动大，均匀性差；当软弱土厚度超过8m时，施工质量不宜保证；质量监控手段不精密，桩身强度有所限制。旋喷桩法深厚软弱土。桩身强度较高，施工机械高度在3m以内，易适应场地环境。造价较高，表层泥浆不利于环保。真空预压法（真空-堆载联合预压法）深厚软弱土。适宜大面积施工，处理后沉降均匀，造价相对较低。对施工要求较高，工期相对较长。堆载预压法深厚软弱土。处理后沉降均匀，造价较低。工期长。管桩法深厚软弱土。质量易控制，工期短造价高。LCG桩法或CFG桩法深厚软弱土。桩身强度高，质量较易控制。当软弱土为淤泥和淤泥质土时充盈系数很大，造价提高。钉形水泥土双向搅拌桩深厚软弱土。桩身强度较高，质量较易控制。为专利技术。从以上分析比较明显看出：水泥土搅拌桩同时具有施工速度快，工期短；工程造价低的特点，因而目前大多数道路工程采用最多的是水泥土搅拌桩复合地基技术加固软基。（二）钉形与双向水泥土搅拌桩方法介绍及与常规水泥土搅拌桩的对比 就水泥土搅拌桩而言，钉形与双向水泥土搅拌桩是在常规水泥土搅拌桩基础上发展而成的一种新工艺和结构形式，不光在处理软基技术上领先，工程质量更容易保证；同样在经济上也更能加快施工速度，节省投资，具有良好的经济效益和社会效益。1. 钉形与双向水泥土搅拌桩方法介绍水泥土搅拌桩系指利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在软土地基深处，就地将软土和固化剂强制搅拌，由固化剂和软土之间产生一系列物理和化学反应，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土加固体，从而提高软土地基的承载力，减少地基沉降。水泥土搅拌桩具有施工简便、工期短、振动小等优点，在软土地基处理工程中得到广泛应用；但在应用过程中也发生了水泥土搅拌桩存在均匀性差、浆液上冒、受力不合理、人为因素等影响工程质量等问题，造成对水泥土搅拌桩的成桩质量及其对软土地基的处理效果产生怀疑，许多地方对水泥土搅拌桩施工技术持慎用、限用的态度。东南大学与南京路鼎搅拌桩特种技术有限公司针对目前水泥土搅拌桩存在的问题，在充分研究水泥土搅拌桩的加固机理和影响水泥土搅拌桩成桩质量的基础上，经多年的探索与实践，联合开发的软土地基处理的新技术,它吸收了常规水泥土搅拌桩的优点，充分利用复合地基应力传递规律，在攻克了常规搅拌桩的严重缺陷后，发明的一种新桩型与一种全新的施工方法即钉形水泥土搅拌桩与双向水泥土搅拌桩，并获得了国家发明专利（专利号：200410065862，200410065861），两者有机结合成钉形与双向水泥土搅拌桩。 钉形与双向水泥土搅拌桩采用同心双轴钻杆，它通过在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口，在外钻杆上安装反向旋转叶片，通过外杆上叶片反向旋转过程中的压浆作用和正反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用，实现了正反向同时旋转（施工工艺）。由于实现了正反向同时旋转：阻断水泥浆上冒途径，作业环境良好；把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥浆在桩体中搅拌均匀；桩身强度大大提高；对桩周土的扰动影响范围小；施工安全。钉形与双向水泥土搅拌桩在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统分别带动安装在同心钻杆上的内、外两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌，既可以为同一个直径，形成圆柱体桩体；又可以通过搅拌叶片的伸缩（利用土体的主被动土压力差，使钻杆上叶片打开或收缩，）桩径随之变大或变小，使桩身上部截面扩大而形成的类似钉子形状的水泥土搅拌桩；形成钉形与双向水泥土搅拌桩。采用了钉形这种桩的新的结构形式，更好地确保桩体和桩间土协调变形，调整桩和土的分担作用，特别是桩身强度提高后，减少了桩土应力比，充分发挥桩间土的作用，减少基础底面的应力集中，降低了变形沉降，达到更佳的复合地基效果。在施工过程中，根据工程的实际情况可以在桩体的任何地方变化其直径，形成扩大头（体）。钉形与双向水泥土搅拌桩示意图施工质量的好坏直接关系到水泥土搅拌桩地基处理的效果，施工的质量和人的素质、技能等有着密切的联系；为了消除人为因素，工艺流程越简单越好；钉形与双向水泥土搅拌桩采用的是二搅一喷的工艺流程，扩大头部分与桩一次施工完成，工艺流程简单，更能消除人为因素，提高搅拌桩的质量；施工管理也同样简单明了，针对性和目的性较强。钉形水泥土双向搅拌桩技术已在铁路、高速公路、港口、码头等多个领域百余项工程中得到应用，目前最大处理深度已达26米，最大桩径已达到1.3米；该技术的科学性、先进性和经济性已在工程中得到证明。2. 技术性比较钉形与双向水泥土搅拌桩与常规水泥土搅拌桩相比，从技术上具有以下优势：技 术 性 比 较 简 表 桩 形项 目常规水泥土搅拌桩钉形与双向水泥土搅拌桩施工工艺单向单管旋转；易形成搅拌不均匀，成千层饼状；留有冒浆通道，产生冒浆现象；影响桩体的强度和质量。双向旋转；搅拌均匀；阻断冒浆通道，桩体的强度和质量有保证。结构形式圆柱状，结构单一圆柱状、钉形等其它形式，改善了桩体的受力状况，受力更合理，均匀性搅拌不均匀，易成千层饼状；正反向旋转，搅拌均匀浆液上冒冒浆严重，施工环境差无冒浆现象，施工环境好受力合理性受力不合理受力合理，符合应力的分布扰动性对桩周土扰动性大，对施工安全也不利对桩周土扰动性小，利于安全施工.工艺流程采用四搅两喷（或四搅三喷）的方法，流程复杂采用二搅一喷，流程简单施工管理工艺流程复杂，人为影响较大，不利于施工管理。工艺流程简单，利于施工管理。桩径及施工深度桩径小，处理深度浅桩径大，处理深度深达26米。共享性常用机械设备，广泛使用。在常用机械设备的基础上稍作改装即可，大大加深处理深度，已大面积推广使用。3.经济性比较就水泥土搅拌桩而言，钉形与双向水泥土搅拌桩和常规水泥土搅拌桩相比，不光在处理软基技术上领先，同样在经济上也更能加快施工速度，节省投资，具有良好的经济效益和社会效益。（1）施工效率由于改进了工艺及流程，采用了双向搅拌工艺，钉形的结构，二搅一喷的施工方法，工艺流程简单，操作方便，施工管理简单，不但桩身质量有保证，施工效率也大幅提高，缩短工期、节约成本，为后期施工赢得时间，对业主、设计方、施工单位是一举三得的好事，具有良好的经济效益和社会效益。（2）工程造价钉形与双向水泥土搅拌桩由于桩身强度的大幅度提高及柱身结构的更趋合理，与常规桩相比单桩的承载力大幅度提高,变形下降，桩间距加大,虽然单价有所提高，但大大降低了处理每平方米的造价. 其综合经济效益比常规水泥土搅拌桩节省投资15% 35%，并且随着处理软土深度的增加，其经济效益越发明显。四、路基设计条件和参数根据本道路工程的特点以及上述钉形与双向水泥土搅拌桩方法介绍及与常规水泥土搅拌桩的技术经济对比可以看出：钉形与双向水泥土搅拌桩对于常规水泥土搅拌桩而言，具有较大的技术优势，工程质量易保证，投资节省。现采用常规水泥搅拌桩和钉形与双向水泥土搅拌桩两种复合地基处理方法进行设计，在相同工程条件下，针对本工程进一步经济效益的比选。1）采用规范、规程公路路基设计规范（JTG D302004）；建筑地基处理技术规范 JGJ 79-2002钉形水泥土双向搅拌桩复合地基技术规程（苏JG/T024-2007）。2）主要指标设计值汇总常规搅拌桩桩径：0.60m；双向钉型水泥搅拌桩：扩大头桩径100cm，下部桩径60cm，扩大头长4m。桩长：穿透软弱层，平均处理深度取16m。单桩每延米喷浆量：水泥搅拌桩水泥采用32.5R级以上普通硅酸盐水泥作为固化剂，水泥含量不小于15，钉型搅拌桩上部桩体每米水泥用量不小于240kg。最终由工艺性成桩试验后确定参数；桩体无侧限抗压强度：1.2MPa，90d；复合地基承载力200kPa。3）搅拌桩布置常规搅拌桩布置：采用直径60cm水泥搅拌桩，行车道间距1.3米，人行道及非机动车道、填方边坡范围内间距1.5m，三角形布置。钉型及双向搅拌桩布置：下部桩径60cm，扩大头桩径100cm，扩大头长4m，行车道桩距采用1.8m，人行道、非机动车道桩距2.0m，三角形布置。由于绿化带内设计有管线，故设计两列水泥搅拌桩。附图纸： 常规搅拌桩设计图钉型及双向搅拌桩设计图桩型处理宽度(m)处理长度(m)桩长(m)扩大头高度(m)桩间距(m)桩径(mm)总桩数(根)布置形式钉形及双向搅拌桩4010431641.8/2.01000/600正三角形常规水泥土搅拌桩401043161.3/1.5600正三角形五、方案经济比较经济比较表名称钉形水泥土双向搅拌桩常规水泥土搅拌桩备注桩 径(mm)1000/60060016桩 长(m)1616桩间距(m)1.8/2.01.3/1.5处理面积(m2)40*104340*1043桩 数单价（元）1.15X元/方X元/方处理费用（万元）节约费用(万元)0*:“节约费用”一栏中以常规水泥土搅拌桩为基准，“+”表示比常规水泥土搅拌桩造价高，“-”表示比常规水泥土搅拌桩造价低。六、施工工期根据上述