0 引言

我国地质情况多样，有时不得不在差的地质条件下进行工程建设，如何选择既能满足工程需要，又能节约大量建设资金的软弱地基处理方法，日前已成为设计人员越来越关心的技术问题.技术先进、经济合理、安全适用、确保质量是地基处理中必须遵循的原则^[1].近年来，地基处理技术发展很快，一大批安全、经济的地基处理方式已被广泛应用于各类的工程建设中.然而，对于山涧淤泥质土-砂混合类地质的软土地基的处理技术目前研究的还比较少.由于软土的工程特性较为特殊，处理起来比较困难.通常情况下，水泥深层搅拌桩、松木桩和CFG桩等将会是公路工程建设中处理该类混合软土地基较为常用的方法.

1 工程项目概况

井睦高速公路全长43.318 km，起始于泰井高速（K60+300处），终止于江西省井冈山市的睦村乡，这是江西省高速公路规划网中的重要组成部分.

井睦高速路线带地形较平缓，岩性单一，据调查分析，区内主要发育边坡失稳、高液限土以及软土等不良软土地质.基岩岩性以中粗粒黑云母花岗岩为主，风化程度强烈，全风化层10~30 m，厚者可达40 m，岩体粘着力差，抗冲刷能力弱，抗剪强度低.路线“U”型沟谷发育，沟谷内常年积水，沟谷发育1~5.0 m花岗岩风化后残积、冲洪积的淤泥质土及淤泥质砂，含水率为很湿到饱和，地表覆盖的软塑-流塑状淤泥质砂（天然地基承载力f_a0≤80 kPa）.

结合工程地质特点，对于淤泥质土-砂混合软土地基的处理，以往常采用置换法、人工加固法和桩基穿越法等处理措施，而对于较厚的软土层，采用置换法和人工加固法处理时工作量太大，因而采用桩基穿越法是较为合适的.文中主要研究的是处理深度超过5 m时的淤泥-砂混合软土地基.通过列举松木桩法、CFG桩法和水泥深层搅拌桩法对该地基的处理，进行技术和经济上的分析比较，以此确定最佳的处理方案.

2 淤泥质土-砂混合软土地基处理方式的技术比较

淤泥质土-砂混合软土地基的处理形式多样，而应用松木桩法、CFG桩法和水泥深层搅拌桩法从技术上讲是比较可行的处理方式.以下就这3种处理方法从处理技术上进行分析比较.

松木桩基础为柔性地基，桩和土共同受力，能充分利用软土地基承载力，施工简单方便.同时，松木桩的成桩时间短，地基处理进度快，可以大大的缩短施工工期.对三通一平等临时设施要求不高，可以人工打松木桩，也可用挖掘机直接压入木桩，技术简单可靠.但是，受到取材的限制，其加固长度有限，只能处理较小处理深度的软土地基，一般其处理深度在3~4 m，最大不超过5 m，因此，它只能满足小型工程的处理深度.其承载力较小，一般不超过25 kN，而且对于有机质含量较高，地下水位较低的软土，使用年限也会受到很大的限制.随着时间的推移，桩的强度会越来越小，使得处理后的沉降会比较大.

水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）简称CFG桩，它是一种介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩，它主要是CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同作用.CFG桩具有加快土体固结、承载力大、可调性强、工后沉降变形小且稳定快等优点，在高速公路地基处理中被广泛应用^[2-3].同时，它可以水下作业、作业时不缩径也不塌孔，加固深度也很大，可达20余m，可以通过桩的全长来发挥桩的侧摩阻力^[4]，效果显著.但是其施工工艺较繁琐，需取土成孔，进度慢，工期比较长，对于工期较紧的项目会影响施工的工期.

水泥深层搅拌桩是利用水泥、石灰以及粉煤灰等材料作为固化剂，并通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂进行强制搅拌，使软土固结硬化而提高地基强度.它的成桩工艺较为简单，施工效率高，环境污染小，对周围建筑物影响小，加固深度较大，可达到18 m，且质量容易保证、处理效果容易检验，工后沉降小，承载力高等优点.但是它不宜用于处理塑性指标大于25的粘土、有机质含量较高及地下水具有较强腐蚀性的软土地基^[5]，对三通一平要求较高，其长度、截面和加固深度也受到一定的限制，适宜加固地基承载力要求不算太高的地基.

通过上述的分析，对上述3种桩处理土-砂混合软土的技术比较见表 1.

通过对上述的技术比较，再结合工地淤泥质土-砂混合土软弱地基的实际情况，选择水泥深层搅拌桩处理该软基是最合适的方案.

3 淤泥质土-砂混合软土地基处理方式的经济比较

结合本工程的实际情况，在软基处理方案的选取中，不仅要考虑技术上的可行性，经济上合理也是一个很重要的方面，以下就经济造价方面对这3种软基处理方案进行比较.

在工程中，淤泥质土-砂混合软土地基需处理的区段有：AK0+760~AK0+531，长度为229 m，处理宽度为22 m；AK0+531~AK0+370，长度161 m，处理宽度为22 m；AK0+100~AK0+310，长度210 m，处理宽度为14 m；K31+200~K31+400，长度200 m，处理宽度为38 m；K31+400~K31+525，长度125 m，处理宽度为38 m；K31+400~K31+525左侧增加工程量，长度125 m，处理宽度为4 m；K28+123~K28+233.8，长度205.8 m，处理宽度为46 m.

本文的经济比较只选取AK0+100~AK0+310区段进行计算.

1）松木桩法.由文献[6-7]可知，松木桩用作挤密桩时可按下式设计：

$ S = 0.95d\sqrt {(1 + {e_0})/({e_0} - {e_1})} $

(1)

$ n = A/{A_{\rm{p}}} $

(2)

式（1）、（2）中：S为桩间距m；d为桩径m；e₀为挤密前桩的孔隙比；e₁为挤密后要求的孔隙比，可按地基所需的承载力设计值再根据《建筑地基基础设计规范》附录五附表 5-3或5-4进行确定；n为每m²桩的根数；A为每m²地基所需挤密桩面积，$A = \frac{{{e_0} - {e_1}}}{{1 + {e_0}}}$；A_p为单桩的横截面面积（m²）.

在设计中，当桩端有硬壳层存在时，可按端承桩计算，如下式：

$ {P_{\rm{a}}} = \mathit{\Psi} \alpha [\sigma ]A $

(3)

式（3）中，P_a为单桩承载力，kN；Ψ为纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般可取1；α为桩材料的应力折减系数，木桩取0.5；[σ]为桩材料的容许压力，kPa.

工程中的土质为淤泥质土-砂混合软土，下卧层强度较大，松木桩的设计采用端承桩设计.根据松木桩的设计工程经验，设计采用松木桩桩长L为5 m，桩径d为150 mm，桩间距S为60 cm，梅花形布置，则总共需要松木桩8170根.

设计采用人工打松木桩的方法对该软基进行处理，由清单计价定额^[8]可知，人工打松木桩的清单定额如表 2，其综合单价为3 206.13元/m³（见表 3），因此采用人工打松木桩的方法处理该软基的造价是：

总造价=每根松木桩立方数×桩的根数×综合单价=2 313 264.9元.

2）水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法.在CFG桩的设计过程中，主要确定的设计参数是桩长、桩间距、桩径、桩体强度和褥垫层的厚度及材料.

由《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）^[9]、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）^[10]和《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）^[11]，并结合文献[12-13]以及工程的实际情况对桩进行设计.设计CFG桩的桩长L确定为5 m；桩径d一般采用的是350~600 mm，此设计采用的是400 mm；在CFG桩的设计中，桩间距S一般为桩径d的3~5倍，此处设计为1.5 m，三角形布置，桩体水泥强度为C32.5，桩顶褥垫层的厚度为200 mm，采用砂石混合料.通过对承载力和沉降的验算，该设计是合适的.

通过设计，在AK0+100~AK0+310区段内共有1558根CFG桩.由《建设工程工程量清单计价规范》^[8]，CFG桩处理该软基的清单定额如表 4，其综合单价为645.915元/m³（见表 5），因此采用CFG桩处理该软基的总造价是：

总造价=每根CFG桩立方数×桩的根数×综合单价=631 978.7元.

3）水泥深层搅拌桩法.水泥深层搅拌桩的设计通常按复合地基进行设计，它的承载力的计算公式^[14-15]如下：

$ {P_{{\rm{af}}}} = m{P_{{\rm{pa}}}} + \beta (1 - m){P_{{\rm{sa}}}} $

(4)

式（4）中：P_pa为桩体容许承载力（kPa）；P_sa为桩间土体容许承载力，kPa；m为面积置换率，m=A_P/A，其中A_P为桩体面积，A为对应的加固面积；β为桩间土承载力折减系数，当桩端是软土时，β取0.5~1.0，当桩端是硬土时，取β < 0.5，当不考虑桩间软土的作用时，取β=0.

水泥深层搅拌桩的单桩容许承载力可按下式进行计算，取其最小值：

$ {P_{{\rm{pa}}}} = \min [(\sum {fS{L_{\rm{i}}} + \alpha R)/{A_{\rm{p}}}]} $

(5)

式（5）中：f为桩周容许摩阻力，kPa；S为桩周边长度，m；L_i为按土层划分的各段桩长，m；R为桩体容许承载力，kPa；α为桩端土支承力折减系数，一般取0.5.

由工程设计，确定桩长L取6 m，桩径d取500 mm，桩间距S取1.5 m，三角形布置，在AK0+100~AK0+310区段内共有1558根水泥深层搅拌桩.通过承载力和沉降计算合理.

由《建设工程工程量清单计价规范》^[8]，用水泥深层搅拌桩处理该软基的清单定额如表 6，其综合单价为241.442元/m³（见表 7），因此采用水泥深层搅拌桩处理该软基的总造价是：

总造价=每根水泥深层搅拌桩立方数×桩的根数×综合单价=442 936.2元.

综合上述3种地基处理方案的经济分析可知，松木桩是造价最高的一种处理方式，其次是CFG桩，最经济的处理方式是水泥深层搅拌桩.因此从造价看，采用松木桩处理该软土地基显然是造价太高，而CFG桩法比水泥深层搅拌法贵很多，大约是水泥深层搅拌桩法的1.4倍左右，造价也较昂贵.所以选用水泥深层搅拌桩法处理该淤泥质土-砂混合软土地基从经济节约来看也是最合适的.

4 工程实例分析

结合工程的实际情况，通过上述对松木桩法、CFG桩法和水泥深层搅拌桩法技术和经济上的比较可知，水泥深层搅拌桩法是最经济的一种地基处理方式，其次是CFG桩法，造价最高的是松木桩法；同时，考虑到该项目是省级高速公路，设计的使用年限较长，采用松木桩的话会影响其使用年限，导致其承载力不能满足要求，沉降会随着时间的推移越来越大，而且地基的软弱层较深，用松木桩法不能够很好的对软基进行加固.而CFG桩法造价也较高，且工程量大而繁琐^[16]，工期也较紧，不能满足技术先进、经济合理的要求.因此，最后通过技术与经济比较和分析决定该工程采用水泥深层搅拌桩法对该淤泥质土-砂混合软基进行加固处理.

水泥深层搅拌桩法处理软基效果显著，承载力和沉降都能满足要求，符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的施工原则.从技术要求来看，该法施工简单，处理地基效果好，加固深度满足要求，对周围建筑物影响小，环境污染小；从造价来看，该法施工工期短，造价低廉，处理费用小.所以，选用水泥深层搅拌桩法处理该处的软基是最合理的软基处理方式.

5 结束语

综合上述的研究分析，可以得出以下结论：

1）水泥深层搅拌桩法可以很好的对淤泥质土-砂混合软基进行处理，它可以最大限度的利用原状土，施工工期短，工后沉降小而稳定，加固深度大等优点，在工程建设中，尤其是对于土-砂混合类软土地基处理中被广泛使用.

2）在淤泥质土-砂混合软土的地基的加固中，水泥深层搅拌桩法是最经济的一种地基处理方式，其次是CFG桩法，造价最高的是松木桩法.

3）松木桩是一种造价昂贵的软基处理方式，且在本工程中因其承载力较小、使用年限受到限制以及加固深度受到限制等因素而不是该工程的最佳选择.

4）水泥深层搅拌法与CFG桩法相比，技术先进，造价低廉.对于相同条件的软土地基，在满足承载力的条件下，用CFG桩法处理地基的费用大概是用水泥深层搅拌桩法处理地基的1.4倍，CFG桩法加固软基的造价较贵.

随着社会的发展、科技的不断进步以及公路事业的不断前进，软土地基的处理技术越来越多且更趋先进.同时，工程实际中遇到土-砂混合软土地基的可能性也会越来越大，水泥深层搅拌桩的应用也将变得越来越广泛普遍.