软土地基处置方案造价分析

专注地信

摘要：本文根据软土地基不同处治方案的主要特点和适用范围进行经济比较和造价分析。
关键词：软土地基    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。其鉴别的标准如下表：
    软土鉴别表

特征指标名称	天然含水量（%）	天然孔隙比	十字板剪切强度（kPa）
标准值	≥35与液限	≥1.0	＜35

    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1.0～1.5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）。
    常用地基处理方法分类表

分类	动力固结法	置换法	排水固结法	复合地基法	其他方法
处 理 方 法	强夯法	开挖换填法	堆载预压法	砂桩	反压护道法
	重锤夯实法	抛石挤淤法	砂垫层预压法	碎石桩	土工材料加固法
	爆破法	轻型材料置换法	砂井预压法	钢渣桩	冻结法
		轮胎土	袋装砂井预压法	深层搅拌桩	烧结法
			塑料排水板预压法	高压旋喷桩
			真空预压法	树根桩
			电渗预压法	CFG桩
			降水预压法	砼薄壁管桩
				预应力砼管桩

    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4～12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（10～20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=2～３m)；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62～96元/m2 ，261～405万元/km（换填砂砾的造价为98～153元/m2 ，414～644万元/km）。
    ３、砂垫层+预压方案（排水固结法）
    (1)、主要特点：在原地面铺40～50cm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3～6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3～6个月。好吗瘦腿瘦脸的最快方法品牌御淑堂怎么样面膜哪些国货护肤品好用
    (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/m2，124万元/km，如需卸载，每公里造价约增加10多万元。
   5、塑料排水板+预压方案（排水固结法）
    (1)、主要特点：先在土层中加设竖塑料排水板和40～50cm砂垫层，构成一个排水系统，再根据路基的地质条件和填土高度进行等载或超载预压，使地基在荷载的作用下增加土体的总应力，促使孔隙水能够迅速地从排水通道逸出，从而缩短沉降固结的时间。一般预压期3～6个月。
    (2)、适用范围：软土厚度较大的地段，处理深度小于12米。
    (3)、优缺点：施工简单，费用低。但塑料排水板的质量差异性大，施工监理难度大，深、厚层软土的处理效果不佳，预压时间长，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；土工格栅（一层）；塑料排水板
    （正三角分布，间距@1.5m，板长10米 ）；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。
    6、袋装砂井+预压方案（排水固结法）
    (1)、主要特点：袋装砂井采用天然砂子与编制袋人工灌制而成，砂井的直径一般为7cm～10cm，按沉管法施工就位，其作用和处理原理与塑料排水板相同。但塑料排水板比袋装砂井具有工效高、劳动强度低、质量稳定，适应地基变形性能好的特点。
    (2)、适用范围：软土厚度较大的地段，处理深度小于12米。
    (3)、优缺点：在砂源丰富的地区工程造价低，施工监理较容易，但施工工序复杂，质量不易控制，深、厚层软土的处理效果不佳。预压的时间长，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；土工格栅（一层）；袋装砂井（正三角分布，桩径7cm，间距1.5m，桩长10m ）；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。
    7、真空联合堆载预压方案（排水固结法）
    (1)、主要特点：真空联合堆载预压是将塑料排水板（或袋装砂井）预压和抽真空联合使用，既在需要加固的软基中设水平排水砂层和竖向排水通道（塑料排水板或袋装砂井等），然后将不透气的薄膜铺设在砂层上，借助抽气泵和埋设在砂层中的管道，将膜下土体间的真空抽出，通过施加外荷载（大气压力或堆载土）增加土的总应力，使土中的孔隙水向竖直排水体汇集，最后从水平排水层排出，达到固结软土的目的。
    (2)、适用范围：软土厚度较大（12米左右）的地段。
    (3)、优缺点：比一般预压方案的施工期短（抽真空与路基填筑同步进行，预压时间约为100天），能较大的减少施工后期沉降，预压土方量小，但施工工艺复杂，工程造价高。
    （4）、造价分析：
    a.主要工程量为40cm砂垫层；土工格栅（一层）；塑料排水板（正三角分布，间距1.5m，桩长10米 ）；预压土方（H=1 m）；二层密封薄膜；PVC管；压边土方
    b.每公里路基处治造价约139.7元/m2，587万元/km。
   8、碎石桩（复合地基法）
    (1)、主要特点：利用桩体对桩周围基土的挤密作用，使土与桩组成复合地基。常用的施工方法是沉管法，一般是通过振动或锤击把带有特制桩尖的钢管打入土层至设计深度，在钢管内灌入碎石，然后边振动边缓慢拔出桩管，从而形成碎石桩，并在桩顶设置水平排水层，必要时可进行堆载预压。它具有置换、排水固结和复合地基的特点。
    (2)、适用范围：石料丰富地区，软土厚度较大的地段。
    (3)、优缺点：材料供应方便，工程造价较低，处理效果较好，施工监理较容易，同时兼有排水固结和复合地基的特征，但施工工序复杂，在强度较低的淤泥质土层中，容易产生断桩现象。
    （4）、造价分析：
    a.  主要工程量为40cm砂垫层；土工格栅（一层）；碎石桩（正三角分布，间距1.5m，桩长10米 ，桩径50cm）。
    b.每公里路基处治造价约194.6元/m2，897万元/km。
    9、水泥搅拌桩（复合地基法）
    (1)、主要特点：利用水泥等材料作为固化剂，通过专用的搅拌机，在路基深处用螺旋钻头将软土和固化剂强制搅拌，由此产生一系列的物理、化学反应，使搅拌均匀的灰土硬结，形成具有整体性、水稳性和强度较高的复合地基。按其施工方法可分为喷粉水泥搅拌桩和喷浆水泥搅拌桩，粉喷桩是将水泥干粉通过深层搅拌机空心钻杆的喷灰口喷出，与地基深处已被钻头搅拌的软土拌和，浆喷桩则是将水泥浆用灰浆泵输送到搅拌机的中心管输出，与经搅拌的软土拌和。
    (2)、适用范围：路基不稳定，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。
    (3)、优缺点：施工技术成熟，工期短，处理效果较好，本地区使用广泛，在各种复合地基处治方案中造价较低，但施工监理难度大，对软基下部搅拌不易均匀，处理的深度有限。粉喷桩因不向地基增加水分，更适合于饱和软土，但粉尘污染较大；浆喷桩处理的深度和效果均好于粉喷桩，但造价略高。
    (4)、造价分析：
    a.  主要工程量为土工格栅（一层）；粉喷桩（正三角分布，间距1.5m，桩长10米 ，桩径50cm）。
    b.  每公里路基处治造价约206.9元/m2，869万元/km。
    10、CFG桩（复合地基法）
    (1)、主要特点：又叫水泥粉煤灰碎石桩，是一种低标号的砼桩，砼的主要材料可用水泥、粉煤灰、碎石，也可用水泥、砂、碎石组成。常用沉管法施工，将带有特制桩尖的钢管打入土层至设计深度，在钢管内灌入砼，然后边振动边缓慢拔出桩管，从而形成CFG桩。
    (2)、适用范围：软土厚度大、承载力要求高的桥涵构造物及高路堤地段。处理的厚度大于15米。
    (3)、优缺点：施工工期短，处理效果好，质量容易控制，可处理深层软土，但施工工艺复杂，工程造价高。
    (4)、造价分析：
    a.  主要工程量为40cm碎石土褥垫层；CFG桩（正三角分布，间距1.5m，桩长10米 ，桩径40cm）。
    b.每公里路基处治造价约332.8元/m2，1359.9万元/km。
    11、预应力混凝土管桩（复合地基法）
    (1)、主要特点：预应力混凝土管桩是由专业厂家采用先张法预应力工艺加工而成的预应力砼管、开口型桩尖和桩帽组成，施工采用静压法沉桩。其原理是外荷载由桩体传递给持力层或桩身侧摩擦力承担。
    (2)、适用范围：软土厚度大、承载力要求高的桥涵构造物及高路堤地段。处理的深度可超过20米。
    (3)、优缺点：施工工期短，处理效果好，质量容易控制，处理的深度大，但施工噪音大，工艺复杂，工程造价高。
    (4)、造价分析：
    a.主要工程量为40cm碎石土褥垫层；预应力管桩（正三角分布，间距3m , 桩长15米 ，桩径40cm，壁厚7cm）；C30钢筋桩帽砼；钢塑格栅(二层)。
    b.  每公里路基处治造价约439.6元/m2，1846万元/km。
    近年来在我省高速公路的软基处治中，采用部分新技术、新工艺、新材料，对软基处理的深度在增加，处治的效果在提高。由于现行定额的局限性，一些新处理方法的造价很难把握，因此需要我们平时注重收集相关工程的资料，及时了解和分析费用的组成和变化，为方案设计提供准确有效的经济比较依据。
参考文献:
[1]黄生文《公路工程地基处理手册》（人民交通出版社）
[2]牛志荣《地基处理技术及工程应用》（中国建材工业出版社）

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