道路特殊路基处理技术方案对造价的影响分析

方丹

（福州路信公路设计有限公司，福建福州 350026）

0 引言

以社会经济的持续发展为背景、日新月异的新时代环境为机遇，建筑材料以及施工机械的科技创新，道路工程特殊路基处理施工方案也随之变革。道路路基段特殊路基处理费用占该段道路工程费用的20%，一定条件下多达50%以上。在建设项目设计阶段既要确保软基处理符合道路使用年限要求，又要求必须加强道路路基的技术经济研究。同时，道路路基稳定系数直接关系到路面安全运行和路面后期养护管理等相关费用的投入。道路特殊路基处理在整个道路使用寿命期中的重要性不言而喻，路基方案是否经济合理，关系到相关部门对整个项目的投资决策和后期费用。那么，如何根据地区的地质、水文、气候等特点，在保证道路路基稳定安全的情况下，制定经济有效的软基形式呢？

根据区域内不同的地形条件所形成的不同的地质土质条件，采用不同的施工工艺及机具，常用的道路特殊路基处理方式有以下几种：浅层处理、动力挤密法、固结排水、粒料桩、水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩、刚性桩。各类软基处理技术的主要作用及应用条件各不相同。

1 浅层处理

浅层处理在本地区常用的有粒料换填法和抛石挤淤法。

1.1 粒料换填法

粒料换填法主要通过挖除地质性能不佳的土，换填碎石、砂、透水性材料、改良土等填料，适用于厚度0.5～3m 的浅层换填软土地段。其特点：其一，开挖量适宜，开挖过程中通过控制边坡坡率，多数无须二次产生支护费用；其二，施工机具简单；其三，软土地基处理效果好；其四，换填深度超过3m 时，经济效果不明显；其四，置换出的弃方处理需额外占用土地，运输过程容易污染环境，工程造价相应增高[1]。

1.2 抛石挤淤法

抛石挤淤法主要是在含水率较大的软土中抛投粒径较大的石料，如片石在自重及外力（爆炸、加载、卸载）作用下下沉将淤泥挤出，适用于厚度小于3m 的淤泥路段。其特点：其一，施工机具简单；其二，当石料沉底时，对淤泥地基处理的效果最好；其三，施工质量好控制；其四，换填深度超过3m 时，石料有可能不沉底，在淤泥层中形成硬壳层，施工质量不好控制；其五，置换出的弃方处理需额外占用土地，运输过程容易污染环境，工程造价相应提高。

2 动力挤密法

动力挤密法以强夯法为例，主要通过大质量夯锤从高处落下冲击软土，使土基压缩，局部土体液化打通排水通道，孔隙水溢出，土体得以固结，适用于处理高饱和度的粉土与软黏土地基，处理的深度有限。其优点为施工工艺简单、施工速度快、处理效果好、无掺料机械化程度高、造价相应最低，但噪声污染不可忽视。

3 固结排水

以塑料排水板为例，通常是在土层中打入竖向塑料排水板结合50～100cm 砂垫层，形成一个纵向加横向排水系统，通过路基的地质条件和填土高度选择等载或超载预压。软土地基可在荷载的压力作用下，增加土应力，促使孔隙水能够迅速地通过排水板通道到达砂垫层，再通过横向排水通道排出，相比自然沉降固结的等待时间有所减短。适用于软土厚度较大的地段，但处理深度一般小于12m，预压期需要3～6 个月。其优点是施工工艺简单，同类袋装砂井、真空预压固结排水软基方案中造价费用最低；缺点是塑料排水板的质量差异大、预压时间长、施工工期长、施工监理难度大、深厚层软土的处理效果不佳、堆载预压需要的土方量大，一般设在自身即为填方的段落[2]。

4 粒料桩预压

以砂桩预压为例，砂桩主要是利用振冲法，在施工时使地基中形成密实桩体，通过桩体对桩周土的挤密作用，使土体和桩形成复合地基。砂桩具有良好的透水性可加快地基固结，使地基承载力提高。常用的施工方法是振动沉管法，一般通过把带闭合桩靴的钢管垂直振冲沉入土层的设计深度，在桩管内灌入砂，然后边振动边缓慢拔桩管至地面，从而形成了砂桩，通常还会在砂桩上设置50～100cm 砂垫层作为水平排水层，根据稳定、沉降计算，进行等载或超载预压。适用于砂材料丰富地区，桩长不宜大于20m 的地段[3]。

砂桩兼具排水固结和复合地基的特点，优点是在砂原料产地工程造价低、施工技术可靠、机具设备简单、操作技术易于掌握，可加快施工速度，处理效果较好，能够缩短预压期。同样，堆载预压需要的土方量大，不适合缺乏土源的地区使用，在各类复合地基处治方案中造价适中。

挤密桩是在砂桩的基础上延伸出的一种以增大土体密实度为主的软土处理方案。沉管法挤密桩与砂桩不同的地方是在粒料成桩的过程中不断引入压缩空气对粒料加压，形成直径较大的桩体，同时增加周土密度，与原地基形成复合地基[4]。

5 水泥搅拌桩

粉喷水泥搅拌桩主要是利用水泥作为化学固化剂，通过带有回转、翻松、喷粉和搅拌的机械，对路基局部范围内某一深度、一定直径范围内的软土，用水泥粉末通过特制的粉体喷搅施工机械喷入。由下而上逐步喷搅将局部软土改良形成硬结桩体，提高路基整体性和水稳性，与整体路基共同作用形成复合地基。搅拌桩适用于处理十字板抗剪强度不小于10kPa、有机质含量不大于10%的不稳定软土路基，软土厚度较深的地段。粉喷法加固土桩处理的深度小于12m，浆喷法加固土桩的深度小于20m。

粉喷水泥搅拌桩的优点为加固质量较好，能够缩短工期，比较于其他复合地基处治方案成本较低，缺点：其一，工艺要求复杂，对钻进速度、提升速度、复搅速度等均有严格要求，监管难度大；其二，粉喷工艺不再向地基中增加水分，倾向于高含水率的软土，且需要评估粉尘污染的情况；其三，浆喷工艺适合低含水率的软土，且处理的深度更深，效果优于粉喷桩，但造价相对高。

6 水泥粉煤灰碎石桩

水泥粉煤灰碎石桩即CFG 桩，是一种低标号的水泥混凝土桩。混合料可用水泥、碎石、粉煤灰拌和，也可用水泥、碎石、砂拌和。CFG 桩是用钻机钻孔或用振动设备沉管施工。施工方法有长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩、振动沉管灌注成桩、长螺旋钻孔灌注成桩等。使用长螺旋钻孔对环境噪声污染小，对施工泥浆污染也比较少，长螺旋施工中不适用于对净高有使用限制的段落。长螺旋钻孔适用范围广，深厚软土可用，处理的厚度可大于15m，特别适用于对承载力和变形要求严格的高填路堤段和桥涵构造物衔接路段。

CFG 桩优点是无预压期，施工工期短，常用桩身混凝土强度等级C20，处理效果好，施工过程质量好控；缺点是施工工艺复杂，在各类复合地基处治方案中造价较高。CFG 桩在对工期、变形有要求的项目中广泛应用。

7 刚性桩

刚性桩处治原理不同于复合地基，外荷载主要是通过桩体传递到持力层或由桩身侧摩擦力来承担。以预应力混凝土管桩为例，管桩由工厂预制、现场焊接管节、桩尖，管顶桩帽组成，施工工艺分捶打成桩和静压成桩，适用于深厚软土地基上荷载大、变形要求严格的高填路堤路段、桥头与路堤衔接段或通道与路堤衔接段。衔接段的管桩可采用变间距、变桩长分级过渡方式设置处理，有利于节约造价，处治深度不超过30m。

刚性桩的优点为施工工期短、桩体强度高、工后沉降量小、处治效果好、工艺质量好控制、处治的深度大。缺点是打桩有噪音、路堤填高不足会出现蘑菇状路面、施工工艺复杂、工程造价在基本类型的软基处理中最高。虽然造价较高，但其他方面性能十分优秀，刚性桩常见于地铁、通道等项目中。

需要注意的是，软基处治并不是一种方式或单一工艺可以达到理想效果，往往是需要多种处治方法互相配合而来。排水板、粒料桩等常用垫层配合作为排水通道参与其中。垫层有砂垫层、碎石垫层、砂碎石垫层，其中，砂垫层预压中使用的砂料含泥量小于5%。在原地面分层铺筑厚度50～100cm 不等砂垫层，可分成两层摊铺，深层软基处治施工前摊铺一层作为施工机具进场的垫层，深层软基处治施工后再施工一层，两层一起作为软土顶面增设的一个排水层，再进行路堤填筑，并利用填料的等载或超载进行预压，使软土中的孔隙水排向垫层，最终促进土体固结。

8 福鼎市某项目一期工程

8.1 项目基本情况

福鼎市某项目一期工程道路沿滨海淤积平原及丘陵山脚修建，沿线以平原地貌为主，主要为滩涂、鱼塘、菜地和树林。根据勘察院的项目野外地质填图和钻研成果来看，项目区的场地内上覆素填土、海相沉积物淤泥、冲洪积含碎石粉质黏土、含泥卵石；下伏基岩为白垩系凝灰熔岩。

8.2 项目设计方案

道路沿滨海滩涂和鱼塘修建，地形平坦开阔，无泥石流、滑坡等不良地质现象发育。其中，沿滨海滩涂段地表主要土层为淤泥，厚8.00～12.00m，土层软弱，中下部为冲洪积物含泥卵石及凝灰熔岩风化层，稳定性一般。滩涂路段长年积水，土基干湿类型为潮湿。该处滩涂位置属于高填路堤，路基压实度≥93%。该项目采用在软基3m 以上按砂桩预压的方案，预压期不小于6 个月。砂桩采用矩形布置(间距1.5m)，结合20cm 级配碎石与30cm 砂垫层，做为排水通道，并在两侧设置施工阶段临时排水沟。

该项目施工方案因地制宜，合理利用地区充足砂石粒料，并在软基处理时将几种措施合理组合，形成复合地基，确保路基整体稳定性。

9 长乐区某项目提升改建工程

9.1 项目基本情况

福州市长乐区某项目提升改建工程道路的沿线周边为平坦开阔的地形地势，沿途穿过农田、洞江流域、三溪流域。场地地基土层除表层为人工填土外，主要为海陆交互沉积成因土层和花岗岩风化层，原始地貌属海陆交互相地貌单元。

根据地勘报告，场地虽为同一工程地质单元，但岩土层的工程特性在纵横方向上有明显差异，故从地貌、工程地质单元角度为不均匀地基。工程地质条件方面，场地岩土层地基总体稳定性较差，总体工程地质性能差。

该道路为改造项目，现状道路的路基土以杂填土为主，地基下部分布多层软土层厚度10～20m，包括流塑状淤泥、流塑状淤泥质土、可塑状粉质黏土、可液化土层粉砂，其土层均匀性较差，压缩性高，稳定性较差，承载力极低，下卧硬壳层为粉质黏土、含碎石粉质黏土层，厚度约3～10m。稳定地层埋深较深，由于软基地段分布较广，局部亦分布有可液化土层，应对杂填土、淤泥、淤泥质土和粉砂进行地基处理。同时稳定地层埋深较深，造成道路软基地段路基沉降变形较大，桥梁与路基连接处沉降差较大，对行车安全造成极大的隐患。

9.2 项目设计方案

考虑到该项目工期紧张，为了减少工后沉降，提高道路建成后路面行车舒适性，设计方案在桥头段软基处治拟重点论证。考虑到该项目软土路段淤泥较厚（大部分在15m 以上），而水泥搅拌桩有效处理深度一般在15m 以内，因此不采用水泥搅拌桩。根据项目软土特性，从施工难易程度、施工质量可控性、对周围环境影响和工期要求中比选出CFG 桩和预应力混凝土管桩两种处治方案，由于在工程造价经济方案中，CFG 桩造价比预应力混凝土管桩造价约低500 元/延米，占据明显优势。此外，对土石废弃料处理的造价费用也需考虑进去。

10 结语

综上所述，通过福建地区几种常见软基处理方式和在不同项目中的软土处治应用方案解析，得出软基处理费用占道路路基段造价居高不下，除项目本身所处地理地质条件影响外，还受到工期、环保、区域发展等因素和造价成本的影响。

福鼎市某项目与长乐区某项目同属于滨海淤积平原，都需要对深厚的软土层进行处理，但是在处治方案的选择中又有各自侧重。长乐区某项目属于提升改建项目，建设周期紧迫，亟待开放交通，受桥头段落不均匀沉降的影响，选择CFG 桩为技术经济最优方案。福鼎项目与其相同的是以确保路基整体稳定性为第一要求，不同的是为新建项目，建设期可忽略现状交通对项目的影响，无桥头与路基衔接影响，当地也有充足砂石粒料，因此因地制宜选择砂桩预压，技术经济最优。