道路特殊路基處理技術(shù)方案對造價的影響分析

方丹

（福州路信公路設(shè)計有限公司，福建福州 350026）

0 引言

以社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展為背景、日新月異的新時代環(huán)境為機(jī)遇，建筑材料以及施工機(jī)械的科技創(chuàng)新，道路工程特殊路基處理施工方案也隨之變革。道路路基段特殊路基處理費(fèi)用占該段道路工程費(fèi)用的20%，一定條件下多達(dá)50%以上。在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計階段既要確保軟基處理符合道路使用年限要求，又要求必須加強(qiáng)道路路基的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究。同時，道路路基穩(wěn)定系數(shù)直接關(guān)系到路面安全運(yùn)行和路面后期養(yǎng)護(hù)管理等相關(guān)費(fèi)用的投入。道路特殊路基處理在整個道路使用壽命期中的重要性不言而喻，路基方案是否經(jīng)濟(jì)合理，關(guān)系到相關(guān)部門對整個項(xiàng)目的投資決策和后期費(fèi)用。那么，如何根據(jù)地區(qū)的地質(zhì)、水文、氣候等特點(diǎn)，在保證道路路基穩(wěn)定安全的情況下，制定經(jīng)濟(jì)有效的軟基形式呢？

根據(jù)區(qū)域內(nèi)不同的地形條件所形成的不同的地質(zhì)土質(zhì)條件，采用不同的施工工藝及機(jī)具，常用的道路特殊路基處理方式有以下幾種：淺層處理、動力擠密法、固結(jié)排水、粒料樁、水泥攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁、剛性樁。各類軟基處理技術(shù)的主要作用及應(yīng)用條件各不相同。

1 淺層處理

淺層處理在本地區(qū)常用的有粒料換填法和拋石擠淤法。

1.1 粒料換填法

粒料換填法主要通過挖除地質(zhì)性能不佳的土，換填碎石、砂、透水性材料、改良土等填料，適用于厚度0.5～3m 的淺層換填軟土地段。其特點(diǎn)：其一，開挖量適宜，開挖過程中通過控制邊坡坡率，多數(shù)無須二次產(chǎn)生支護(hù)費(fèi)用；其二，施工機(jī)具簡單；其三，軟土地基處理效果好；其四，換填深度超過3m 時，經(jīng)濟(jì)效果不明顯；其四，置換出的棄方處理需額外占用土地，運(yùn)輸過程容易污染環(huán)境，工程造價相應(yīng)增高[1]。

1.2 拋石擠淤法

拋石擠淤法主要是在含水率較大的軟土中拋投粒徑較大的石料，如片石在自重及外力（爆炸、加載、卸載）作用下下沉將淤泥擠出，適用于厚度小于3m 的淤泥路段。其特點(diǎn)：其一，施工機(jī)具簡單；其二，當(dāng)石料沉底時，對淤泥地基處理的效果最好；其三，施工質(zhì)量好控制；其四，換填深度超過3m 時，石料有可能不沉底，在淤泥層中形成硬殼層，施工質(zhì)量不好控制；其五，置換出的棄方處理需額外占用土地，運(yùn)輸過程容易污染環(huán)境，工程造價相應(yīng)提高。

2 動力擠密法

動力擠密法以強(qiáng)夯法為例，主要通過大質(zhì)量夯錘從高處落下沖擊軟土，使土基壓縮，局部土體液化打通排水通道，孔隙水溢出，土體得以固結(jié)，適用于處理高飽和度的粉土與軟黏土地基，處理的深度有限。其優(yōu)點(diǎn)為施工工藝簡單、施工速度快、處理效果好、無摻料機(jī)械化程度高、造價相應(yīng)最低，但噪聲污染不可忽視。

3 固結(jié)排水

以塑料排水板為例，通常是在土層中打入豎向塑料排水板結(jié)合50～100cm 砂墊層，形成一個縱向加橫向排水系統(tǒng)，通過路基的地質(zhì)條件和填土高度選擇等載或超載預(yù)壓。軟土地基可在荷載的壓力作用下，增加土應(yīng)力，促使孔隙水能夠迅速地通過排水板通道到達(dá)砂墊層，再通過橫向排水通道排出，相比自然沉降固結(jié)的等待時間有所減短。適用于軟土厚度較大的地段，但處理深度一般小于12m，預(yù)壓期需要3～6 個月。其優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡單，同類袋裝砂井、真空預(yù)壓固結(jié)排水軟基方案中造價費(fèi)用最低；缺點(diǎn)是塑料排水板的質(zhì)量差異大、預(yù)壓時間長、施工工期長、施工監(jiān)理難度大、深厚層軟土的處理效果不佳、堆載預(yù)壓需要的土方量大，一般設(shè)在自身即為填方的段落[2]。

4 粒料樁預(yù)壓

以砂樁預(yù)壓為例，砂樁主要是利用振沖法，在施工時使地基中形成密實(shí)樁體，通過樁體對樁周土的擠密作用，使土體和樁形成復(fù)合地基。砂樁具有良好的透水性可加快地基固結(jié)，使地基承載力提高。常用的施工方法是振動沉管法，一般通過把帶閉合樁靴的鋼管垂直振沖沉入土層的設(shè)計深度，在樁管內(nèi)灌入砂，然后邊振動邊緩慢拔樁管至地面，從而形成了砂樁，通常還會在砂樁上設(shè)置50～100cm 砂墊層作為水平排水層，根據(jù)穩(wěn)定、沉降計算，進(jìn)行等載或超載預(yù)壓。適用于砂材料豐富地區(qū)，樁長不宜大于20m 的地段[3]。

砂樁兼具排水固結(jié)和復(fù)合地基的特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是在砂原料產(chǎn)地工程造價低、施工技術(shù)可靠、機(jī)具設(shè)備簡單、操作技術(shù)易于掌握，可加快施工速度，處理效果較好，能夠縮短預(yù)壓期。同樣，堆載預(yù)壓需要的土方量大，不適合缺乏土源的地區(qū)使用，在各類復(fù)合地基處治方案中造價適中。

擠密樁是在砂樁的基礎(chǔ)上延伸出的一種以增大土體密實(shí)度為主的軟土處理方案。沉管法擠密樁與砂樁不同的地方是在粒料成樁的過程中不斷引入壓縮空氣對粒料加壓，形成直徑較大的樁體，同時增加周土密度，與原地基形成復(fù)合地基[4]。

5 水泥攪拌樁

粉噴水泥攪拌樁主要是利用水泥作為化學(xué)固化劑，通過帶有回轉(zhuǎn)、翻松、噴粉和攪拌的機(jī)械，對路基局部范圍內(nèi)某一深度、一定直徑范圍內(nèi)的軟土，用水泥粉末通過特制的粉體噴攪施工機(jī)械噴入。由下而上逐步噴攪將局部軟土改良形成硬結(jié)樁體，提高路基整體性和水穩(wěn)性，與整體路基共同作用形成復(fù)合地基。攪拌樁適用于處理十字板抗剪強(qiáng)度不小于10kPa、有機(jī)質(zhì)含量不大于10%的不穩(wěn)定軟土路基，軟土厚度較深的地段。粉噴法加固土樁處理的深度小于12m，漿噴法加固土樁的深度小于20m。

粉噴水泥攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)為加固質(zhì)量較好，能夠縮短工期，比較于其他復(fù)合地基處治方案成本較低，缺點(diǎn)：其一，工藝要求復(fù)雜，對鉆進(jìn)速度、提升速度、復(fù)攪速度等均有嚴(yán)格要求，監(jiān)管難度大；其二，粉噴工藝不再向地基中增加水分，傾向于高含水率的軟土，且需要評估粉塵污染的情況；其三，漿噴工藝適合低含水率的軟土，且處理的深度更深，效果優(yōu)于粉噴樁，但造價相對高。

6 水泥粉煤灰碎石樁

水泥粉煤灰碎石樁即CFG 樁，是一種低標(biāo)號的水泥混凝土樁?；旌狭峡捎盟唷⑺槭?、粉煤灰拌和，也可用水泥、碎石、砂拌和。CFG 樁是用鉆機(jī)鉆孔或用振動設(shè)備沉管施工。施工方法有長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁、振動沉管灌注成樁、長螺旋鉆孔灌注成樁等。使用長螺旋鉆孔對環(huán)境噪聲污染小，對施工泥漿污染也比較少，長螺旋施工中不適用于對凈高有使用限制的段落。長螺旋鉆孔適用范圍廣，深厚軟土可用，處理的厚度可大于15m，特別適用于對承載力和變形要求嚴(yán)格的高填路堤段和橋涵構(gòu)造物銜接路段。

CFG 樁優(yōu)點(diǎn)是無預(yù)壓期，施工工期短，常用樁身混凝土強(qiáng)度等級C20，處理效果好，施工過程質(zhì)量好控；缺點(diǎn)是施工工藝復(fù)雜，在各類復(fù)合地基處治方案中造價較高。CFG 樁在對工期、變形有要求的項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。

7 剛性樁

剛性樁處治原理不同于復(fù)合地基，外荷載主要是通過樁體傳遞到持力層或由樁身側(cè)摩擦力來承擔(dān)。以預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為例，管樁由工廠預(yù)制、現(xiàn)場焊接管節(jié)、樁尖，管頂樁帽組成，施工工藝分捶打成樁和靜壓成樁，適用于深厚軟土地基上荷載大、變形要求嚴(yán)格的高填路堤路段、橋頭與路堤銜接段或通道與路堤銜接段。銜接段的管樁可采用變間距、變樁長分級過渡方式設(shè)置處理，有利于節(jié)約造價，處治深度不超過30m。

剛性樁的優(yōu)點(diǎn)為施工工期短、樁體強(qiáng)度高、工后沉降量小、處治效果好、工藝質(zhì)量好控制、處治的深度大。缺點(diǎn)是打樁有噪音、路堤填高不足會出現(xiàn)蘑菇狀路面、施工工藝復(fù)雜、工程造價在基本類型的軟基處理中最高。雖然造價較高，但其他方面性能十分優(yōu)秀，剛性樁常見于地鐵、通道等項(xiàng)目中。

需要注意的是，軟基處治并不是一種方式或單一工藝可以達(dá)到理想效果，往往是需要多種處治方法互相配合而來。排水板、粒料樁等常用墊層配合作為排水通道參與其中。墊層有砂墊層、碎石墊層、砂碎石墊層，其中，砂墊層預(yù)壓中使用的砂料含泥量小于5%。在原地面分層鋪筑厚度50～100cm 不等砂墊層，可分成兩層攤鋪，深層軟基處治施工前攤鋪一層作為施工機(jī)具進(jìn)場的墊層，深層軟基處治施工后再施工一層，兩層一起作為軟土頂面增設(shè)的一個排水層，再進(jìn)行路堤填筑，并利用填料的等載或超載進(jìn)行預(yù)壓，使軟土中的孔隙水排向墊層，最終促進(jìn)土體固結(jié)。

8 福鼎市某項(xiàng)目一期工程

8.1 項(xiàng)目基本情況

福鼎市某項(xiàng)目一期工程道路沿濱海淤積平原及丘陵山腳修建，沿線以平原地貌為主，主要為灘涂、魚塘、菜地和樹林。根據(jù)勘察院的項(xiàng)目野外地質(zhì)填圖和鉆研成果來看，項(xiàng)目區(qū)的場地內(nèi)上覆素填土、海相沉積物淤泥、沖洪積含碎石粉質(zhì)黏土、含泥卵石；下伏基巖為白堊系凝灰熔巖。

8.2 項(xiàng)目設(shè)計方案

道路沿濱海灘涂和魚塘修建，地形平坦開闊，無泥石流、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。其中，沿濱海灘涂段地表主要土層為淤泥，厚8.00～12.00m，土層軟弱，中下部為沖洪積物含泥卵石及凝灰熔巖風(fēng)化層，穩(wěn)定性一般。灘涂路段長年積水，土基干濕類型為潮濕。該處灘涂位置屬于高填路堤，路基壓實(shí)度≥93%。該項(xiàng)目采用在軟基3m 以上按砂樁預(yù)壓的方案，預(yù)壓期不小于6 個月。砂樁采用矩形布置(間距1.5m)，結(jié)合20cm 級配碎石與30cm 砂墊層，做為排水通道，并在兩側(cè)設(shè)置施工階段臨時排水溝。

該項(xiàng)目施工方案因地制宜，合理利用地區(qū)充足砂石粒料，并在軟基處理時將幾種措施合理組合，形成復(fù)合地基，確保路基整體穩(wěn)定性。

9 長樂區(qū)某項(xiàng)目提升改建工程

9.1 項(xiàng)目基本情況

福州市長樂區(qū)某項(xiàng)目提升改建工程道路的沿線周邊為平坦開闊的地形地勢，沿途穿過農(nóng)田、洞江流域、三溪流域。場地地基土層除表層為人工填土外，主要為海陸交互沉積成因土層和花崗巖風(fēng)化層，原始地貌屬海陸交互相地貌單元。

根據(jù)地勘報告，場地雖為同一工程地質(zhì)單元，但巖土層的工程特性在縱橫方向上有明顯差異，故從地貌、工程地質(zhì)單元角度為不均勻地基。工程地質(zhì)條件方面，場地巖土層地基總體穩(wěn)定性較差，總體工程地質(zhì)性能差。

該道路為改造項(xiàng)目，現(xiàn)狀道路的路基土以雜填土為主，地基下部分布多層軟土層厚度10～20m，包括流塑狀淤泥、流塑狀淤泥質(zhì)土、可塑狀粉質(zhì)黏土、可液化土層粉砂，其土層均勻性較差，壓縮性高，穩(wěn)定性較差，承載力極低，下臥硬殼層為粉質(zhì)黏土、含碎石粉質(zhì)黏土層，厚度約3～10m。穩(wěn)定地層埋深較深，由于軟基地段分布較廣，局部亦分布有可液化土層，應(yīng)對雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)土和粉砂進(jìn)行地基處理。同時穩(wěn)定地層埋深較深，造成道路軟基地段路基沉降變形較大，橋梁與路基連接處沉降差較大，對行車安全造成極大的隱患。

9.2 項(xiàng)目設(shè)計方案

考慮到該項(xiàng)目工期緊張，為了減少工后沉降，提高道路建成后路面行車舒適性，設(shè)計方案在橋頭段軟基處治擬重點(diǎn)論證。考慮到該項(xiàng)目軟土路段淤泥較厚（大部分在15m 以上），而水泥攪拌樁有效處理深度一般在15m 以內(nèi)，因此不采用水泥攪拌樁。根據(jù)項(xiàng)目軟土特性，從施工難易程度、施工質(zhì)量可控性、對周圍環(huán)境影響和工期要求中比選出CFG 樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁兩種處治方案，由于在工程造價經(jīng)濟(jì)方案中，CFG 樁造價比預(yù)應(yīng)力混凝土管樁造價約低500 元/延米，占據(jù)明顯優(yōu)勢。此外，對土石廢棄料處理的造價費(fèi)用也需考慮進(jìn)去。

10 結(jié)語

綜上所述，通過福建地區(qū)幾種常見軟基處理方式和在不同項(xiàng)目中的軟土處治應(yīng)用方案解析，得出軟基處理費(fèi)用占道路路基段造價居高不下，除項(xiàng)目本身所處地理地質(zhì)條件影響外，還受到工期、環(huán)保、區(qū)域發(fā)展等因素和造價成本的影響。

福鼎市某項(xiàng)目與長樂區(qū)某項(xiàng)目同屬于濱海淤積平原，都需要對深厚的軟土層進(jìn)行處理，但是在處治方案的選擇中又有各自側(cè)重。長樂區(qū)某項(xiàng)目屬于提升改建項(xiàng)目，建設(shè)周期緊迫，亟待開放交通，受橋頭段落不均勻沉降的影響，選擇CFG 樁為技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)方案。福鼎項(xiàng)目與其相同的是以確保路基整體穩(wěn)定性為第一要求，不同的是為新建項(xiàng)目，建設(shè)期可忽略現(xiàn)狀交通對項(xiàng)目的影響，無橋頭與路基銜接影響，當(dāng)?shù)匾灿谐渥闵笆Ａ希虼艘虻刂埔诉x擇砂樁預(yù)壓，技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。