(湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

0 引言

湖區(qū)深厚軟土路基處理方案的合理選取，對提高公路建設的質量和控制工程造價有著至關重要的作用;本文結合某高速公路工程實例，通過技術與經(jīng)濟的綜合比較，探討針對不同軟土厚度的最佳處理方案。

1 洞庭湖區(qū)域軟土基本特征

洞庭湖區(qū)存在的湖相軟土不同于沿海地區(qū)的濱海相軟土，也不同于山區(qū)軟基多為小范圍分布的情況，主要表現(xiàn)如下:

洞庭湖區(qū)(屬新華夏系第二沉降帶中部)為燕山期以來逐漸形成的一個中新大型坳陷盆地。軟土分布區(qū)域地勢平坦，沉積層較厚，地層分布自上而下一般為:種植土、亞粘土、淤泥質土、粉砂、細砂、花崗巖全風化層等。軟弱土最厚達38.9 m，平均厚度有20多米，穩(wěn)定水位深度比較高，大致在0.8 m～6.4 m范圍浮動(大部分地段穩(wěn)定水位在1 m～3 m)，主要接受大氣降水(年平均降水量1250 mm～1450 mm)、洞庭湖水以及附近水系的綜合補給。

2 軟土地基處理技術

目前，深厚軟土地基處治技術主要有石灰攪拌樁法、水泥攪拌樁法、水泥粉煤灰碎石(CFG)樁法以及管樁法等。

石灰攪拌樁適用于處理飽和粘性土、淤泥、淤泥質土、素填土等地基，具有在施工時無振動，強度增長快，不需預壓，可大大減少土體沉降量，工期短，造價較水泥攪拌樁低等優(yōu)點，但在水位以下的樁身強度較低，樁身呈可塑～硬塑狀。

水泥粉煤灰碎石(CFG)樁可用于雜填土、飽和及非飽和粘性土、粉土、砂性土及濕陷性黃土地基中。盡管其適用范圍廣，處理效果好，加固深度大，但其施工工藝復雜，軟土強度低時不易成型，造價較粉噴樁相對較高。

水泥攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。其在本項目區(qū)域有較豐富的工程實踐經(jīng)驗，處理效果較好，且理論較成熟，加固深度可達15 m。

管樁適用于處理粘性土、粉土、淤泥質土、砂土及已完成自重固結的素填土等地基。盡管其具有造價高等缺點，但其具有效樁長長，處理深度大，且管身自身質量易控制，承載力高等特點。

真空加載土體中剪應力不會增加，不必控制加載速率，但施工工藝復雜，施工要求高，對地基要求高，軟土層下局部分布有粉細砂層時，真空預壓難以形成足夠的真空度。

堆載預壓具有造價低廉，施工工藝簡單，無需特殊材料，對環(huán)境影響小等優(yōu)點，但是，堆載預壓法也有工期長和沉降值較大等不足之處。尤其對于軟基處治深度大及工期要求緊等工程，不適宜單獨采用此類方法。因此，必須設置豎向排水系統(tǒng)加速土體固結以達到贏得時間，縮短施工周期的目的。豎向排水系統(tǒng)通常采用袋裝砂井和塑料排水板。

袋裝砂井在軟土深度和面積較大的地區(qū)采用，地基變形容易產(chǎn)生徑縮，影響排水效果;另外，為保證施工質量、降低施工難度，袋裝砂井的長度不宜太長。

塑料排水板與袋裝砂井的排水效果基本相同，而且塑料排水板具有插板機械輕、效率高、對土體擾動小、造價較低等優(yōu)點，且塑板具有單孔過水斷面大、排水暢通、質量輕、強度高、耐久性好等特點。同時，考慮到排水板聯(lián)合堆載預壓法需較長的預壓期，對構造物有一定的水平向剪切力，路基總沉降量較大，因此只限于在一般低填路基路段使用。

3 實際工程分析

3.1 沿線軟土分布狀況

洞庭湖區(qū)某高速公路湖南省穿越洞庭湖區(qū)華容隆起，沿線地勢平坦，軟土分布廣泛。根據(jù)勘察資料，K2+700～K15+670附近，約占全線的30%以上，軟弱土最厚達38.9 m，平均厚度有20多米，超過26 m的地段主要集中于K0+107.5，K2+700～K3+444，K7+800～K8+753以及K9+960～K11+680等附近地段、粉砂、細砂、花崗巖全風化層等。其地層分布規(guī)律:K0+000～K12+000段(主要的軟弱土區(qū))較K12+000～K15+670段，軟弱土層(亞粘土、淤泥質粘土、淤泥質亞粘土等)較厚，全風化花崗巖層埋藏較深;K0+000～K12+000段缺粘土、亞粘土(⑤-1，⑤-2，河湖相沖積層)層，K12+000～K16+707段，其粘土、亞粘土(③-1，③-2，湖相沉積層)層越來越薄，而粘土、亞粘土(⑤-1，⑤-2，河湖相沖積層)地層越來越厚，全風化花崗巖層埋藏越來越淺;其湖泊沉積相地層在K15+670以后減薄直至尖滅。

3.2 參數(shù)選取

按理論計算，路堤高度選取是根據(jù)路基設計控制標高(35.9 m)與地面高程之差來選取，然后根據(jù)具體需要依次向上(或向下)取值。路堤邊坡設計按雙側浸水的浸水路堤設計，并以設計洪水位控制，破壞模式為緩升驟降形式。土層指標根據(jù)本項目地質柱狀圖、土的基本性質試驗成果以及實踐經(jīng)驗綜合比選取值。

地基、路堤整體抗剪穩(wěn)定驗算應采用圓弧條分法;宜用總應力法或有效固結應力法計算穩(wěn)定安全系數(shù);浸水路堤在設計水位以下的邊坡坡率不宜陡于1∶1.75;基本烈度為7度，8度，9度的地區(qū)應進行抗震設計。

3.3 方案比選

本次經(jīng)濟比選思想是分別按軟弱土厚度在15 m以內、15 m～20 m以及超過20 m厚度進行路段分區(qū)，然后根據(jù)我們擬定的軟基處治方案設計基本原則對相應路段進行理論計算，最后根據(jù)各路堤處治總造價進行經(jīng)濟對比分析，以確定最終各處治方案適用原則。

通過造價比較分析表明:

1)當路堤高度為11.2 m，水泥攪拌樁長15 m，間距1.2 m時，總造價為5213萬元/km(總造價包括軟基處理以及土方、漿砌片石護坡、路面、涵洞、沿線設施、用地以及排水設施等費用，以下同)。

2)當路堤高度為9.2 m，管樁樁長21 m，間距2 m時，總造價為7132萬元/km(總造價包括軟基處理以及土方、漿砌片石護坡、路面、涵洞、沿線設施、用地以及排水設施等費用，以下同)。

3)當路堤高度為8 m，排水板板長20 m，間距1.2 m時，總造價為3181萬元/km(總造價包括軟基處理以及土方、漿砌片石護坡、路面、涵洞、沿線設施、用地以及排水設施等費用，以下同)。

4)對于K0+000～K17+000路段高架橋方案總造價為7300萬元/km。

5)對于全線路堤段，總體來看邊坡穩(wěn)定系數(shù)基本隨路堤高度增加而降低，具體如下所述:

a.當路堤高度h＜8 m，堤身邊坡坡比為1∶1.5時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)不小于1.1(見圖1)。

圖1 邊坡坡比為1：1.5時h—Fs關系圖

b.路堤高度8 m≤h＜12 m，堤身邊坡坡比為 1∶1.5時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)小于1.1(見圖1);而坡比為 1∶1.75時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)不小于1.1(見圖2)。

c.路堤高度h≥12 m，堤身邊坡坡比為1∶1.75時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)小于1.1;而采用折線式邊坡形式，堤身一級邊坡坡比1∶2，二級邊坡坡比1∶1.75時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)不小于1.1(見圖3)。

圖2 邊坡坡比為1：1.75時h—Fs關系圖

圖3 折線式邊坡坡比為1：1 .75和1：2時h—Fs關系圖

通過上述經(jīng)濟分析表明，在相同條件下，不同處治方案的總造價與路堤高度有正相關性，呈近似線性關系，總造價隨著路堤高度增加而增加。

通過上述幾種方案的造價對比分析，堆載預壓固結排水法造價最低，但其施工時間長，工后沉降大，且容易失穩(wěn)等(考慮到本項目工期以及地震效應等因素，上述處治深度值和填高為極限值)。因此，堆載預壓固結排水方案只能用于填高不大于8 m，處治深度小于20 m軟基路段。而水泥攪拌樁不僅設計理論較成熟，而且在本地區(qū)有較豐富的實踐經(jīng)驗。同時，對于本項目即使在處置深度為15 m時，其每千米造價比橋梁造價也要低2000多萬元。而預應力管樁當其樁長在21 m之后，其造價基本與橋梁相當，同時考慮到營運期間相對于橋梁的優(yōu)勢已不明顯。

因此，通過上述分析，結合路線方案、高架橋方案以及地質資料等因素，我們確定如下處理方案:

1)一般路基地段，當處治深度不超過20 m時，且路堤高度不超過8 m時，主要采用堆載預壓聯(lián)合塑料排水板法予以處治。

2)對于涵洞及橋頭處治路段或不適合橋梁跨越的一般路段，當處治厚度H≤15 m時采用粉噴樁處理方案;當處治厚度15 m＜H≤20 m時，采用PHC樁處理方案。

3)不同處理方式之間(主要是復合地基與排水固結法、軟土與非軟土之間等情況)設置軟基處理過渡段，使一般路基沉降向橋涵沉降要求逐步過渡(沉降坡度差不大于4%)。

4)其余路段及必須橋梁處理路段采取橋梁跨越方式。

另外，考慮到目前復合地基理論自身的缺陷(尤其是管樁設計理論)以及地震效應(對于本區(qū)域的軟土以及飽和粉、細砂可能會產(chǎn)生附加的沉陷)等實際因素，采取復合地基處治方案必須設置試驗路段以確定適合本項目特點的設計方案、施工工藝以及監(jiān)測方案。

通過以上分析還可以發(fā)現(xiàn)，上述軟土地基處理路段總造價整體較高，導致軟土地基處理路段造價較高的原因主要有以下幾點:

1)軟(弱)土層厚(平均厚度有20多米，最厚達38.9 m);2)軟(弱)土分布廣(占全線30%以上);3)下伏飽和粉細砂層;4)地震峰值加速度值0.10g;5)路堤高度大(堤高基本為8 m～13.8 m);6)地下水埋藏淺(穩(wěn)定水位在1 m～3 m);7)蓄洪區(qū)設計水位高(路基設計控制標高35.9 m)。

4 結語

洞庭湖相軟土地區(qū)軟土分布廣、厚度大，在該地區(qū)建設高速公路，軟基處理方案的合理選取，對提高工程建設質量與控制工程造價有著至關重要的作用。在軟基的處理方案選擇中，應充分考慮工程中的區(qū)域軟土分布狀況、工程特性、施工工藝、材料價格等綜合因素，在保證處理工程質量的前提下，考慮處理方案的經(jīng)濟性，通過技術與經(jīng)濟比較，對于不同的處理深度，差異化地選取處理方案，使處理方案更加合理、經(jīng)濟。

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