(湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)
0 引言
湖区深厚软土路基处理方案的合理选取，对提高公路建设的质量和控制工程造价有着至关重要的作用;本文结合某高速公路工程实例，通过技术与经济的综合比较，探讨针对不同软土厚度的最佳处理方案。
1 洞庭湖区域软土基本特征
洞庭湖区存在的湖相软土不同于沿海地区的滨海相软土，也不同于山区软基多为小范围分布的情况，主要表现如下:
洞庭湖区(属新华夏系第二沉降带中部)为燕山期以来逐渐形成的一个中新大型坳陷盆地。软土分布区域地势平坦，沉积层较厚，地层分布自上而下一般为:种植土、亚粘土、淤泥质土、粉砂、细砂、花岗岩全风化层等。软弱土最厚达38.9 m，平均厚度有20多米，稳定水位深度比较高，大致在0.8 m～6.4 m范围浮动(大部分地段稳定水位在1 m～3 m)，主要接受大气降水(年平均降水量1250 mm～1450 mm)、洞庭湖水以及附近水系的综合补给。
2 软土地基处理技术
目前，深厚软土地基处治技术主要有石灰搅拌桩法、水泥搅拌桩法、水泥粉煤灰碎石(CFG)桩法以及管桩法等。
石灰搅拌桩适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土等地基，具有在施工时无振动，强度增长快，不需预压，可大大减少土体沉降量，工期短，造价较水泥搅拌桩低等优点，但在水位以下的桩身强度较低，桩身呈可塑～硬塑状。
水泥粉煤灰碎石(CFG)桩可用于杂填土、饱和及非饱和粘性土、粉土、砂性土及湿陷性黄土地基中。尽管其适用范围广，处理效果好，加固深度大，但其施工工艺复杂，软土强度低时不易成型，造价较粉喷桩相对较高。
水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。其在本项目区域有较丰富的工程实践经验，处理效果较好，且理论较成熟，加固深度可达15 m。
管桩适用于处理粘性土、粉土、淤泥质土、砂土及已完成自重固结的素填土等地基。尽管其具有造价高等缺点，但其具有效桩长长，处理深度大，且管身自身质量易控制，承载力高等特点。
真空加载土体中剪应力不会增加，不必控制加载速率，但施工工艺复杂，施工要求高，对地基要求高，软土层下局部分布有粉细砂层时，真空预压难以形成足够的真空度。
堆载预压具有造价低廉，施工工艺简单，无需特殊材料，对环境影响小等优点，但是，堆载预压法也有工期长和沉降值较大等不足之处。尤其对于软基处治深度大及工期要求紧等工程，不适宜单独采用此类方法。因此，必须设置竖向排水系统加速土体固结以达到赢得时间，缩短施工周期的目的。竖向排水系统通常采用袋装砂井和塑料排水板。
袋装砂井在软土深度和面积较大的地区采用，地基变形容易产生径缩，影响排水效果;另外，为保证施工质量、降低施工难度，袋装砂井的长度不宜太长。
塑料排水板与袋装砂井的排水效果基本相同，而且塑料排水板具有插板机械轻、效率高、对土体扰动小、造价较低等优点，且塑板具有单孔过水断面大、排水畅通、质量轻、强度高、耐久性好等特点。同时，考虑到排水板联合堆载预压法需较长的预压期，对构造物有一定的水平向剪切力，路基总沉降量较大，因此只限于在一般低填路基路段使用。
3 实际工程分析
3.1 沿线软土分布状况
洞庭湖区某高速公路湖南省穿越洞庭湖区华容隆起，沿线地势平坦，软土分布广泛。根据勘察资料，K2+700～K15+670附近，约占全线的30%以上，软弱土最厚达38.9 m，平均厚度有20多米，超过26 m的地段主要集中于K0+107.5，K2+700～K3+444，K7+800～K8+753以及K9+960～K11+680等附近地段、粉砂、细砂、花岗岩全风化层等。其地层分布规律:K0+000～K12+000段(主要的软弱土区)较K12+000～K15+670段，软弱土层(亚粘土、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土等)较厚，全风化花岗岩层埋藏较深;K0+000～K12+000段缺粘土、亚粘土(⑤-1，⑤-2，河湖相冲积层)层，K12+000～K16+707段，其粘土、亚粘土(③-1，③-2，湖相沉积层)层越来越薄，而粘土、亚粘土(⑤-1，⑤-2，河湖相冲积层)地层越来越厚，全风化花岗岩层埋藏越来越浅;其湖泊沉积相地层在K15+670以后减薄直至尖灭。
3.2 参数选取
按理论计算，路堤高度选取是根据路基设计控制标高(35.9 m)与地面高程之差来选取，然后根据具体需要依次向上(或向下)取值。路堤边坡设计按双侧浸水的浸水路堤设计，并以设计洪水位控制，破坏模式为缓升骤降形式。土层指标根据本项目地质柱状图、土的基本性质试验成果以及实践经验综合比选取值。
地基、路堤整体抗剪稳定验算应采用圆弧条分法;宜用总应力法或有效固结应力法计算稳定安全系数;浸水路堤在设计水位以下的边坡坡率不宜陡于1∶1.75;基本烈度为7度，8度，9度的地区应进行抗震设计。
3.3 方案比选
本次经济比选思想是分别按软弱土厚度在15 m以内、15 m～20 m以及超过20 m厚度进行路段分区，然后根据我们拟定的软基处治方案设计基本原则对相应路段进行理论计算，最后根据各路堤处治总造价进行经济对比分析，以确定最终各处治方案适用原则。
通过造价比较分析表明:
1)当路堤高度为11.2 m，水泥搅拌桩长15 m，间距1.2 m时，总造价为5213万元/km(总造价包括软基处理以及土方、浆砌片石护坡、路面、涵洞、沿线设施、用地以及排水设施等费用，以下同)。
2)当路堤高度为9.2 m，管桩桩长21 m，间距2 m时，总造价为7132万元/km(总造价包括软基处理以及土方、浆砌片石护坡、路面、涵洞、沿线设施、用地以及排水设施等费用，以下同)。
3)当路堤高度为8 m，排水板板长20 m，间距1.2 m时，总造价为3181万元/km(总造价包括软基处理以及土方、浆砌片石护坡、路面、涵洞、沿线设施、用地以及排水设施等费用，以下同)。
4)对于K0+000～K17+000路段高架桥方案总造价为7300万元/km。
5)对于全线路堤段，总体来看边坡稳定系数基本随路堤高度增加而降低，具体如下所述:
a.当路堤高度h＜8 m，堤身边坡坡比为1∶1.5时，边坡稳定系数不小于1.1(见图1)。
图1 边坡坡比为1：1.5时h—Fs关系图
b.路堤高度8 m≤h＜12 m，堤身边坡坡比为 1∶1.5时，边坡稳定系数小于1.1(见图1);而坡比为 1∶1.75时，边坡稳定系数不小于1.1(见图2)。
c.路堤高度h≥12 m，堤身边坡坡比为1∶1.75时，边坡稳定系数小于1.1;而采用折线式边坡形式，堤身一级边坡坡比1∶2，二级边坡坡比1∶1.75时，边坡稳定系数不小于1.1(见图3)。
图2 边坡坡比为1：1.75时h—Fs关系图
图3 折线式边坡坡比为1：1 .75和1：2时h—Fs关系图
通过上述经济分析表明，在相同条件下，不同处治方案的总造价与路堤高度有正相关性，呈近似线性关系，总造价随着路堤高度增加而增加。
通过上述几种方案的造价对比分析，堆载预压固结排水法造价最低，但其施工时间长，工后沉降大，且容易失稳等(考虑到本项目工期以及地震效应等因素，上述处治深度值和填高为极限值)。因此，堆载预压固结排水方案只能用于填高不大于8 m，处治深度小于20 m软基路段。而水泥搅拌桩不仅设计理论较成熟，而且在本地区有较丰富的实践经验。同时，对于本项目即使在处置深度为15 m时，其每千米造价比桥梁造价也要低2000多万元。而预应力管桩当其桩长在21 m之后，其造价基本与桥梁相当，同时考虑到营运期间相对于桥梁的优势已不明显。
因此，通过上述分析，结合路线方案、高架桥方案以及地质资料等因素，我们确定如下处理方案:
1)一般路基地段，当处治深度不超过20 m时，且路堤高度不超过8 m时，主要采用堆载预压联合塑料排水板法予以处治。
2)对于涵洞及桥头处治路段或不适合桥梁跨越的一般路段，当处治厚度H≤15 m时采用粉喷桩处理方案;当处治厚度15 m＜H≤20 m时，采用PHC桩处理方案。
3)不同处理方式之间(主要是复合地基与排水固结法、软土与非软土之间等情况)设置软基处理过渡段，使一般路基沉降向桥涵沉降要求逐步过渡(沉降坡度差不大于4%)。
4)其余路段及必须桥梁处理路段采取桥梁跨越方式。
另外，考虑到目前复合地基理论自身的缺陷(尤其是管桩设计理论)以及地震效应(对于本区域的软土以及饱和粉、细砂可能会产生附加的沉陷)等实际因素，采取复合地基处治方案必须设置试验路段以确定适合本项目特点的设计方案、施工工艺以及监测方案。
通过以上分析还可以发现，上述软土地基处理路段总造价整体较高，导致软土地基处理路段造价较高的原因主要有以下几点:
1)软(弱)土层厚(平均厚度有20多米，最厚达38.9 m);2)软(弱)土分布广(占全线30%以上);3)下伏饱和粉细砂层;4)地震峰值加速度值0.10g;5)路堤高度大(堤高基本为8 m～13.8 m);6)地下水埋藏浅(稳定水位在1 m～3 m);7)蓄洪区设计水位高(路基设计控制标高35.9 m)。
4 结语
洞庭湖相软土地区软土分布广、厚度大，在该地区建设高速公路，软基处理方案的合理选取，对提高工程建设质量与控制工程造价有着至关重要的作用。在软基的处理方案选择中，应充分考虑工程中的区域软土分布状况、工程特性、施工工艺、材料价格等综合因素，在保证处理工程质量的前提下，考虑处理方案的经济性，通过技术与经济比较，对于不同的处理深度，差异化地选取处理方案，使处理方案更加合理、经济。
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