高速公路软基处理方案比选研究

高速公路软基处理方案比选研究
摘要：高速公路软基处理有诸多方案，从工期、造价、质量等三个方面，对软基处理方案进行比选，本文总结了真空－堆载联合预压施工工艺的技术要求。

关键词：软基处理，真空预压，堆载预压，水泥搅拌桩，强夯置换
中图分类号：u412.36+6文献标识码：a文章编号：
引言：随着我国经济的发展，越来越多的高速公路修建在软土地基上。

软土具有高压缩性、高含水率、抗剪强度低、敏感度高、低渗透性、承载力低等特点[1]，因而在软基上修建高速公路必须进行软基处理。

目前，高速公路软基处理方案主要有：排水固结法、水泥搅拌桩复合地基法、强夯转换法等。

具不完全统计，高速公路软基处理的费用占总投资额的30%左右[2]，软基处理方案的比选对造价、施工质量、施工工期有重大的影响，因此方案比选研究很重要。

一、工程概况
河北某高速公路沿海某路段，其地基虾池、盐田经人工回填形成场区，场地下淤泥质粘土埋深较浅（厚度小于2.0m），地面标高4.0一5.0m，最大高差约为1.0m。

场地地貌类型为滨海堆积平原。

其上部滨海相淤泥、淤泥质粘土属不良地基土，据其物理力学特征，具有高压缩性，欠固结，高灵敏度，抗剪-强度低，分布广泛，厚度较厚(平均厚度达7.0m)。

场地地下水位埋深2.0m~3.5m。

现场区回填后，地表以下自上而下分5层：
（一）杂填土：杂色，以建筑垃圾、生活垃圾、炉渣为主，有臭味，成分复杂，地质情况不良。

厚度0.5m-2.0m。

（二）淤泥、淤泥质亚粘土：青灰色~灰黑色，软塑一流塑，含水量较高，局部有机质富集，上部多为虾池底部有机腐殖质，臭味重，厚度随里程增大有增深趋势。

1、层淤泥质亚粘土，软塑，青灰色。

2、层亚粘土，软塑~硬塑，黄褐色，为地基持力层。

（三）层中粗砂：黄褐色，湿~饱和，松散~稍密，夹数层薄层状亚粘土层。

二、软基处理方案比选
新建高速公路路基下方存在软土层，该软土层地基承载力低、含水量大、渗透性差，属于高－中等压缩性软土。

该路段在上部车辆荷载、路面结构和上部路基堤土自重荷载的作用下，将会产生较大的沉降，而路面铺装层拟采用沥青混凝土，此铺装层对不均匀沉降要求高，因而在进行路基填土时，需对下方软基处进处理。

目前，高速公路软基常用的处理方法有：真空堆载预压、水泥搅拌桩复合地基以及强夯块石置换等三种地基处理方案。

以下以处理面积为3万平方米，软基处理深度为7.0n为例，从造价、工期、处理效果等方面对以上三种软基处理方案进行比选。

（一）真空－堆载联合预压
排水固结法分根据其加压系统的不同分为真空预压与堆载预压。

真空预压相比于堆载预压，具有施工控制简单、工期短、造价低、材料省、无噪音、无污染的特点[3]，因而现阶段真空预压已经作为排水固结法的首选方法。

但当建筑物的荷载超过真空预压的压力（一般取为80kpa），且建筑物对地基变形有严格要求时，需采用真空－堆载联合预压法。

如图1所示为真空－堆载联合预压法加固软基示意图，其真空预压与堆载预压两部分组成。

1、施工：真空预压首先需将场地地表水疏干并整平，铺设一层土工布和一层土工格栅，铺设50cm中粗砂垫层，其既作为水平排水系统又方便插板机在其上行走。

在砂垫层中布置滤管与主管，将主管与射流真空泵连接好。

打设塑料排水板，板深为7.0m。

塑料排水板按正方形布置，板间距为0.8m。

铺设两层真空膜铺，并将薄膜的四周埋入密封沟，用真空泵通过膜下管道与砂垫层抽气，膜下真空度需保证为85kpa~95kpa之间。

待真空度达到设计85kpa-95kpa 之间，并稳定2周后，进行堆载施工。

堆载前，需在真空膜上土工编织布对真空膜进行保护[4]。

设计要求处理后地基承载力不小于100kpa，因而在其上再加高2m堆载（采用路基填筑土方）。

当固结度达到设计要求后，方可卸载，并停止抽真空。

图1 真空联合堆载预压示意图
2、工期：施工准备(包括整平场地、地表水疏干、土工布铺设设备进场、铺设排水砂垫层、打设塑料排水板、然后铺设密封膜)
约20-30d，堆载施加约10d，真空预压(恒压)约60d，总工期约90-120d。

3、造价：按《公路工程预算定额》与《沿海港口水工建筑工程定额》，计算每m2综合单价约为397元。

4、效果：根据规程计算可得，采用真空－堆载联合预压后，地基的平均固结沉降量约为0.8-1.0m，地基回弹模量大于50mpa，地基承载力达到100kpa以上。

（二）水泥搅拌桩复合地基
水泥搅拌桩复合地基为在软土地基中掺入水泥，利用水泥和软土之间所产生一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有水稳定性、整体性和一定强度的地基，使地基承载力提高的一种地基加固方法。

该方案地基处理工艺、工期、造价及处理效果具体如下：
1、工艺：首先将场地整平并将地表水疏干，铺设土工格棚与土工布，再铺设50cm厚砂垫层，然后进行水泥搅拌桩施工。

水泥搅拌桩采用等边三角形布置，根据地基承载力和沉降控制要求，采用《建筑地基处理技术规程》推荐计算方法，计算得到搅拌桩桩径为0.5m，桩间距为1.2m，桩长7.5m。

2、工期：施工准备(包括整平场地、地表水疏干、铺设土工格栅、土工布、砂垫层、试桩等)约80d，大面积施工约120月(以软基处理面积为30000m2计，需水泥搅拌桩大约24184根，按五台设备，每台每天打设40根计。

搅拌桩凝期等强)。

总工期约200d。

3、造价：按按《公路工程预算定额》与《沿海港口水工建筑工
程定额》，每平方米单价约为705元。

本工程位于沿海地区，地下水中含有硫酸盐，需采用抗硫酸盐水泥，总工程造价约提高5%。

4、效果：能达到设计要求。

即承载力不小于100kpa，回弹模量大于50mpa。

（三）强夯块石礅复合地基
强夯块石礅法其原理是利用强夯作为置换软土的手段，即将夯锺提高使其自由落下形成夯坑，并不断夯击坑内回填的块石等粗颗粒材料，使其形成连续的密实的强夯块石礅，经强夯置换处理的地基，承载力强也改善了排水条件，有利于软土固结。

该方案地基处理工艺、工期、造价及处理效果具体如下：
1、工艺：首先进行场地平整与地表水疏干，铺设工作垫层及抛填片石垫层。

软基厚度为7.0m，取强夯置换块石礅厚度为5.5m，块石礅下方软基为强夯影响深度范围内。

根据经验与计算，选择强夯夯锤为20t，夯锤直径为1.6m，夯锤落距为15m。

夯点采用等边三角形布置，间距为5.0m。

2、工期：施工准备(包括整平场地和地表水疏干，铺设工作垫层、片石材料，设备与材料进场)约60d，强夯置换施工约120d(以软基处理面积为30000m2计，夯点数为2400个，拟定采用二台设备，每台设备每天打设5夯点)。

强夯置换施工完成后，仍需约90d 的堆载预压(采用路基填土)，待沉降稳定以后，再进行路面施工。

总工期约270d。

3、造价：按《公路工程预算定额》与《沿海港口水工建筑工程
定额》，每平方米单价约为850元。

4、效果：能满足设计要求。

（四）软基处理推荐方案
综合上述三种方案的比选，真空－堆载联合预压方案优于其它两种方法。

因此，本文推荐采用真空－堆载联合预压作为本工程的软基处理方案。

五、真空－堆载联合预压施工工艺技术要求
1、铺设砂垫层之前，需在场地上先铺设一层土工布和一层双向拉伸塑料土工格栅，其主要目的是为了方便砂垫层铺设施工。

2、真空压膜沟深度必须切断透水层，进入不透水层顶面以下0.5m以上。

3、采用粘土覆盖压边、填筑覆水围捻方法进行密封。

4、塑料排水板埋入砂垫层长度不应小于0.5m，垂直偏差不应大于1.5%[5]。

6、真空膜采用聚氯乙烯或三层聚乙烯簿膜，要求在工厂热合一次成形，若现场拼接，搭接宽度不小于15mm。

7、堆载预压施工前，必须在密封膜上覆盖无纺土工布以及粘土（粉煤灰）等保护层进行保护，然后分层回填并碾压密实。

六、结语
真空－堆载联合预压法是一种实用且经济的大面积处理软土地基的有效方法，施工过程中的稳定性可以得到保证，工后沉降和不均匀沉降较小。

在高速公路软基处理中，真空－堆载联合预压相比
于其它软基处理方法，其可以利用路堤自重与真空预压联合作用，必将得到广泛应用。

【参考文献】
[1]李豪.真空一堆载联合预压加固软基机理及简化计算方法研究[d].南京：河海大学，2000.
[2]龚晓南.地基处理手册[m].中国建筑工业出版社，2008.
[3]李明英. 真空联合堆载预压法软基处理的固结特性及沉降研究[d].东营：石油大学，2008.
[4]彭劫.真空一堆载联合预压法加固机理及计算理论研究[d].南京：河海大学，2003.
[5]建筑地基处理规范[s].中国建筑工业出版社，2002.
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。