3.3 常用软基处理方法对比及处理方法的实用条件
高路堤软基处理的主要目的是减少高路堤工后沉降量，地基承载力、路堤稳定性是地基处理的重点。
为了更好地采用几种软基处理方法，首先结合天津地区软基处理的经验对几种常用的处理方法进行对比。
1993年9月建成京津塘高速以来，天津地区先后修建了唐津高速、京沪高速（天津段）、津蓟高速、津滨高速、丹拉高速（天津段）等数条高速公路，先后采用了袋装砂井、塑料排水板、水泥搅拌桩、高压旋喷桩、夯扩桩、CFG桩、薄壁管桩、碎石桩等软基处理方法，各种桩的处理效果得到了进一步的证实，也积累了一定的经验。
3.3.1 天津市软土地基特性
天津地区软基主要为沿海滨海相软土。天津软土地基土层主要有以下几层：①中液限褐黄色粘土层 (俗称“硬壳层”)，厚度一般在1~2米；②淤泥质中液限粘土层，厚度5~12米，灰色，软塑状态，高压缩性，承载力在0.06~0.10MPa；③ 中液限粘土或低液限粘土，厚度6~9米，含粉砂夹层，软塑或硬塑状态，承载力在0.07~0.20MPa；④粉质中液限粘土或粉质低液限粘土，硬塑状态，承载力0.20~0.40MPa。由土层各项指标可看出，软基处理的范围主要为第二层的淤泥质粘土层，厚度为5~12米。根据各条高速公路的应用实践，采用不同的软基处理均起到了不同的效果，但由于各种主客观的原因，并不是每条道路均采用了最优的处理方案，为此，在这里结合各种桩的对比做一总结。 3.3.2 京津塘高速软基处理试验段
1993年通车的京津塘高速公路是国内的第二条高速，软基段长度48公里，所以设计、监理、施工均高度重视，在全面开工之前即设置了两段试验段，试验路从1987年修筑，1988年完成，整整一年时间，科研观测从路堤填筑到填筑完成，并在预压期持续进行，预压期观测时间28~36个月，又于1998年6月~1999年12月进行了长达18个月的现场观测，得出该路15年的沉降不会超过10cm的结论，这在国内是少有的。
两段试验段分别采用了砂桩、袋装砂井、塑料排水板、轻质路基配合浅层处理（矿渣垫层、砂垫层等），均取得了预期的效果，下面总结其对比的结论：
16
（1）袋桩砂井与塑料排水板区别
结论表明，两种处理措施的效果基本一样，虽塑料排水板处理地基的沉降稍大但两者最终沉降均相同，最终沉降一致。过程沉降不同，说明了一个问题，即塑料排水板采用圆形插管在地基中形成的孔洞无填充会造成沉降增大，适宜的插板管应采用方形。由于袋装砂井能够较满填充圆型插管在地基中形成的空洞，地基沉降要小一点，但地基沉降充分固结后，差别即不存在，所以袋装砂井地基不同于复合地基。
塑料排水板的施工效率明显高于袋装砂井；塑料排水板的经济性随桩长的增加而增加。按通常的施工工艺，袋装砂井随桩长增大而经济性随桩长的增加而需增加人工费，而塑料排水板不存在这个问题。所以在一般情况下，桩越长，越显示塑板桩的经济效益。而对于小于6米的短桩来说，即使在砂源困难的地区，袋装砂井仍是经济可行的。
（2）袋桩砂井和挤密砂桩区别
挤密砂桩处理地基具有排水和加强地基（形成复合地基）双重作用，袋装砂井仅有排水作用，两者在提高地基稳定性方面的作用明显不同。
在同样荷载、地基条件下，挤密砂桩处理后地基的沉降量比袋装砂井处理后小得多。此外，挤密砂桩地基的沉降还容易更早地完成；仅这一点考虑，挤密砂桩的排水效果优于袋装砂井，挤密砂桩地基的沉降——深度分布曲线在90天后趋于平行，而袋装砂井处理的沉降——深度分布曲线在200多天后才基本完成。
即使袋装砂井排水距离与挤密砂桩相同情况下，其费用及施工时间均小于挤密砂桩，且袋装砂井打桩设备的激振力远小于挤密砂桩施工设备的激振力，所以袋装砂井施工对周围土体的扰动程度小，这点对于提高地基的强度是有利的。
（3）塑料排水板与粉喷桩比较
同等条件下，塑料排水板处理地基的总沉降量较采用粉喷桩处理地基的总沉降量大40~70%，特别是在塑料排水板间距较小的情况下。塑料排水板间距大于4m 后排水固结的作用已不明显。间距为3 m与1．5 m的布置方式能达到很好效果，并且布桩间距越密沉降量越大；同不处理地基相比较，塑料排水板处理后可增加5~8倍左右的沉降量，从沉降过程看，增加的该部分沉降是在施工预压期内产生的，并不对工后沉降产生影响。因此，可视具体地质条件，选用1．5～3 m的布
17
桩间距。
粉喷桩布桩间距受面积置换率控制，从桩长范围内复合体的模量来看，桩间距越小，模量越高，该范围内压缩量越小。但从路堤总沉降量来看，桩间距在1．4～1．6 m之间变化，总体沉降量变化不大，只是桩长范围内与桩端以下压缩量的相对比例发生了改变。桩距为1．4 m时，桩长范围内压缩量占总沉降量的10% ；而桩距为1．6 m 时，桩长范围内压缩量占总沉降量的4O% 。从粉喷桩处理后总沉降量减少方面来看，基本能减少2O%～3O% ，桩间距变化并不产生总沉降量较大的改变。粉喷桩间距通常采用1．5 m，尚有潜力可挖。 3.3.3 津蓟高速不同处理桩对比
以津蓟高速公路为例，全线90多公里，软土层厚度在5~12米左右，14米深可见含水量较小的粉质粘土，采用了塑料排水板、水泥搅拌桩、高压旋喷桩、CFG桩软基处理方案，根据计算确定软基处理的原则如下：
对于桥头填土高度在3~3.5以下路基采用塑料排水板进行处理；对于桥头填土高度在3.5~4.5内路基采用塑料排水板或水泥搅拌桩进行处理；对于桥头填土高度在4.5~5.5内路基采用水泥搅拌桩进行处理，如果计算后水泥搅拌桩处理长度大于10米，则采用高压旋喷桩进行处理；对于桥头填土高度在5.5~6.5内的路基采用高压旋喷桩进行处理；桥头填土高度大于6.5以上路基采用高压旋喷桩或CFG桩进行处理，不同填土高度处理方案见表3-6。
不同填土高度路基处理方案一览表 表3-6
施做路路基采用处理方填土式 高度 3m 4m 5m 6m 7m 塑料排水板 10~12 水泥搅拌桩 8~10 水泥搅拌桩 10~12 高压旋喷桩 12~14 CFG桩 14~16 1.0~1.4 1.0~1.5 0.8~1.1 1.5~2.0 1.8~2.2 (m) (m) (月) （月） （cm） 2 2.5 3 4 5 10~12 8~10 10~12 10~12 10~12 35~50 25~50 30~55 30~50 30~60 9~11 9~11 9~11 9~11 9~11 （cm） 45~60 35~50 40~65 40~60 40~70 桩长 间距 时间 间 成沉降降 沉降 填筑预压时面后完工后沉后总15年从表3-6可看出由于软土层厚度在5~12米左右，14米深可见含水量较小的粉
18
质粘土，该道路各种桩均打穿了软土层，并深入好土层1~2米，处理后各桥头路基沉降均较小，但不同桩处理路基总沉降量、工后沉降有很大区别：
对于高压旋喷桩、CFG桩处理的高填土路基虽然减小了路基的总沉降量（采用高压旋喷桩、CFG桩处理软基，6~7米填土的总沉降量与采用塑料排水板处理3米的总沉降量基本相同），但由于这些桩处理范围内的沉降仍然未完成，故虽然计算工后沉降满足要求，但通过通车2年后观察，其工后沉降仍然大于10cm，未满足要求，而采用塑料排水板、水泥搅拌桩处理的填土路基，虽然总沉降较大，但2年后观察，沉降基本完成，趋于稳定。分析原因可看出，设计之初由于旋喷桩、CFG桩间距设置的过大，无法发挥其高强度的作用，桩间土沉降仍然很大。
由此可看出在选用各种处理方式时，首先应选择塑料排水板、水泥搅拌桩进行处理，在无法满足要求时可以采用旋喷桩、CFG桩进行处理，但必须合理选择间距，如间距选择过大，过分强调这些桩的分担作用，将造成处理效果的偏差。
如果采用塑料排水板处理路基，在无法保证预压期的情况下，处理高度不应大于4米。
3.3.4 工后沉降的满足及预压期的确定
综合几条高速公路软基处理经验得出：在目前有限的施工期内，堆载时间不可能很长，要通过地基处理来完全消除工后沉降是不现实的，施工后修补不可避免。高路堤软基处理不能完全消除工后沉降包括2层含义：一是工后沉降不可能为0；二是工后沉降不能满足地基处理设计的控制标准。高等级公路工后沉降控制指标为：路桥连接段高路堤控制工后沉降量为10cm；结构物之间的高路堤段控制工后沉降量为30cm。根据天津几条高速建成通车后2～8年内高路堤的沉降观测资料，工后沉降量基本都超过10cm，最大的工后沉降量超过35cm，只有塑料排水板打穿软土层后的路堤工后沉降量不大于10cm。这说明，采用地基处理后不可能消除工后沉降，施工后修补不可避免。
众所周知，天然地基与塑料排水板需要一定的预压荷载和预压期，对粉喷桩、水泥搅拌桩、高压旋喷桩、CFG桩低强度刚性桩，在间距设置较大的情况下仍需要一定的预压期。预压荷载分超载、等载与欠载3种类型。超载预压是减少工后沉降的有效方法，对于天然地基及砂井处理地基，应尽可能采用超载或等载预压形式。在津滨高速修建时，不少路段因工期紧，预压荷载达不到等载要求，因而
19
工后沉降量较大，即使某些2．5米以下高度路堤也不例外；津蓟高速普遍采用等载预压，预压期保持10个月以上，因而工后沉降量相对津滨高速而言要小。
从工程实践中可得出预压期的确定比较复杂，一方面要考虑工后沉降技术标准；另一方面又要现实地考虑工期太长所带来的负面影响。但确定合理的施工工期极其必要。下面就等载预压作一简要分析。
当地基处理方式选定之后，地基的沉降规律就基本确定。比如，当砂井的间距、长度、直径、地基土类型确定后，地基固结规律就已确定，固结度仅与时间有关。以两条高速不同预压时间的固结度、沉降速率及工后沉降量对比，可以看出，当预压时间达6个月时，沉降速率为0．35～1．61 mm／d，工后沉降量为17．8～62 cm；当预压时间达12个月时，沉降速率为0．2～0．53 mm／d，工后沉降量为13～29．3 cm；当预压时间达18个月时，沉降速率为0．1l～0．32 mm／d，工后沉降量为8．5～22米。要使工后沉降量满足不大于10 cm的控制标准，预压期需要2年以上；在路堤大于6 m或地质条件差的路段预压时间需2．5～3年。从沉降过程看，当路堤超过临界高度时，沉降速率逐渐增大，满载预压一段时间后，沉降速率逐渐减小。沉降曲线上一般存在一个拐点，拐点之前，增加单位预压时间减少的工后沉降量很大，拐点之后沉降速率逐渐变小，增加单位预压时间减少的工后沉降量逐渐减小，因此预压时间至少应超过拐点。拐点实际上是沉降速率变化最大的位置。达到拐点的时间一般要4～13个月，地质条件好，达到拐点的时间短，反之则长。
争取合理的工期，予以合理的施工组织，确保必要的预压期，是降低工后沉降量最经济的措施。
3.3.5 各种处理方法的综合选定
软基处理方法的选择比较复杂，综合各地的经验，可简单的采用以下方法： 天然地基承载力80kPa以上的可以用振冲法、强夯法、桩基等技术来处理地基，也可以作为一般地基来应用。80kPa承载力以下，尤其是40kPa承载力以下的地基只能用深层搅拌法和排水固结法，水泥深层搅拌法需要考虑地下水和土质成分对水泥是否有害，如果地下水对水泥有侵蚀性则不能使用，从室内试验成果来看：含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土效果较好；含伊利石、氯化物和水铝石英矿物的软土效果较差，对于有机质含量高、酸碱度（pH值）较低的软土更差，更要引起注意。我国沿海软土大部分为伊利土类型，含蒙脱石
20