软土地基处置方案及造价分析

一、概述公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ017）中定义软土是滨海、湖沼、谷地河滩沉积的天然含水量高，孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低的细粒土。一般将天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1，天然抗剪强度小于35kPa的细粒土均称为软土。以天然孔隙比为主，结合其它物理力学指标可将软土划分为软粘性土（天然孔隙比大于1）、淤泥质土（天然孔隙比在1.01.5之间）、淤泥（天然孔隙比大于1.5）、泥炭质土（天然孔隙比大于3）及泥炭（天然孔隙比大于10）五种类型，通常把软粘性土、淤泥质土、淤泥总称为软土，泥炭质土及泥炭总称为泥沼。泥沼比软土具有更大的压缩性，但它的渗透性更强，承受荷载后能迅速固结，工程处置比较容易。在软土地基上修建公路，若不进行处治，就会导致路基不均匀沉陷、路面开裂等病害发生，对道路的稳定性、安全性影响较大，同时会增加营运期的养护成本。在冲湖 积平原地区的高速公路建设中，软基问题已成为影响公路建设的主要因素之一。因此选择适当的软土地基处理方法，提高处理水平对加快建设速度、降低工程成本具 有重大意义。二、软土地基处治方案的分类软土路基处理方法的分类多种多样，按时间分为临时处理和永久处理；按处理深度分为浅层处理和深层处理；按地基处理原理大体上分为动力固结法、置换法、排水固结法和复合地基法等，这些分类方法也不是严格区分开来，往往一种处理方法可能会有几种不同的作用。1、动力固结法：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。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、排水固结法：的 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。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）。 这些处理方法都有各自的特点、适用范围和存在的问题，如置换法的优点是施工简单，能彻底根治软土地基的不良影响，缺点是对环境的影响较大，费用相对较高，只限于3米以内浅层软土的处治；排水固结法的优点是工程造价较低，工艺简单，缺点是施工期长，处理的深度有限，一般用于深度在412米的软土处治；复合地基法优点是施工期短，处理的深度较深，且效果相对较好，缺点是施工工艺较复杂，工程造价较高，一般用于桥头和深层软土（1020米）的处治；对于超过20米的软土地基最好的处治方法是修建高架桥，但造价较高。在考虑处治方案时应本着技术上先进、经济上合理、施工上可行的原则，根据当地的工程地质条件、处理范围、填土高度、工期要求、材料、机具设备的来源和工程 费用等因素进行经济及技术比选，使选择出的处治方案能达到因地制宜、就地取材、保护环境、节约资源、安全实用的最佳效果。三、软土地基处治方案的经济比较和造价分析现设定一段软土地基工程量，采用部颁“96”预算定额和我站补充预算定额计算，对我省常用的软基处治方案进行经济比选。1、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、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=2m)；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6296元/m2 ，261405万元/km（换填砂砾的造价为98153元/m2 ，414644万元/km）。、砂垫层+预压方案（排水固结法）(1)、主要特点：在原地面铺4050cm厚的砂垫层，使软土顶面增加一个排水层，再进行路堤填筑，并利用填料的等载或超载预压，使软土中的孔隙水排向砂垫层，最终土体固结。一般预压期36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40cm砂垫层；土工布（一层）；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。4、土工格栅+预压（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36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/m