如何选择碎石桩、水泥搅拌桩、素混凝土桩处治深层软基？

一、前言西部山区的软基和沿海的软基有着很大的差别，处治方式差异也很大。沿海软基深度较大，但填方较低，山区软基深度较浅，但填方高度较大，且多数路段为软硬相接段，差异沉降较大。
四川丘陵区的软基主要为沟谷型软基，浅层软基厚1-3米，深层软基厚3-10米，个别沟谷软基厚度大于10米。
对于浅层软基，主要处治措施有换填、排水盲沟、抛石挤淤等，对于深层软基，主要有强夯置换、塑料排水板、碎石桩、水泥搅拌桩（加固土桩）、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）、素砼桩、预应力管桩等。
每种处治措施都有其适用条件，尤其是碎石桩和水泥搅拌桩，很多设计人员在选择方案时往往只考虑工程造价、材料等方面因素，未考虑其适用条件，容易造成工程失效，带来较大的损失。
某高速公路软基厚度约8米，路基填高约15米，路基填筑后，路堤和涵洞滑移破坏。

二、如何判断软基根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》表3.1.5可以从天然含水率、天然孔隙比、抗剪强度、静力触探锥尖阻力Ps等进行判断，四川公路行业主要根据静力触探锥尖阻力进行判识，有些Ps值大于0.75MPa的地层虽然根据规范不算软土，但根据计算，工后沉降和稳定性都不满足规范要求，软基计算时通常会计算到Ps值小于1.5MPa的地层。

三、稳定验算根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》，稳定性验算采用圆弧滑动法中的有效固结应力法。

稳定系数要求如下：

判定是否处治的工后沉降要求如下表，处治工后沉降通常按“0”控制。

依据最新规范和结合四川软基特性，四川公路院研发了软基计算软件，可计算换填、塑料排水板、碎石桩、水泥搅拌桩、素混凝土桩和预制管桩处治措施，并集成了四川软基分区参数，提高了计算效率。

四、处治设计

软土地基处治方案设计应按因地制宜、就地取材、经济实用的原则进行。

常用处治方法及适用条件如下表：

对于浅层软基，主要处治措施有换填、排水盲沟、抛石挤淤。垫层和浅层处理适用于表层软土厚度小于3m的浅层软弱地基处理。

对于深层软基，主要处治措施有强夯置换、塑料排水板、碎石桩、水泥搅拌桩（加固土桩）、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）、素砼桩、预应力管桩等。

强夯和强夯置换

强夯法适用于处理碎石土、低饱和度的粉土与黏性土、杂填土和软土等地基。强夯置换法适用于处理高饱和度的粉土与软塑～流塑的软黏土地基，处理深度不宜大于7m。强夯置换桩间距应根据荷载大小和原土的承载力确定，当满夯时可取夯锤直径的2-3倍，对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5-2.0倍。桩的计算直径可取夯锤直径的1.1-1.2倍。采用强夯法处理软土地基时，应在地基中设置竖向排水体。对于地下水位较高的地基，强夯前应采取降水措施，将地下水位降至加固层深度以下。强夯置换桩顶应铺设一层厚度不小于0.5m的粒料垫层。

塑料排水板

适用于深度大于3m的软土地基处理（“广东省软土规范”规定处理软土深度宜小于25m，结构物附近软土深度宜小于20m），采用竖向排水体处理软土地基时，应保证有足够的预压期，预压期不宜小于6个月。竖向排水体可按正方形和等边三角形布置。间距应根据地基土的固结特性和预压期内所要求达到的固结度确定，但不宜大于 1.5m。应在地基上铺设与竖向排水体相连的排水垫层，垫层材料可为砂、碎石或砂砾，厚度宜为0.5m。

粒料桩（碎石桩）

振冲置换法适用于处理十字板抗剪强度不小于15kPa的软土地基；振动沉管法适用于处理十字板抗剪强度不小于20kPa的软土地基。桩长不宜大于20m。当相对硬层埋深不大时，桩长应达到相对硬层。振动沉管法成桩的桩径宜为0.5m，桩间距不宜大于1.8m; 振冲置换法成桩的桩径宜为0.8-1.2m，桩间距不宜大于3.0m。相邻桩的间距不应大于4倍桩径。设有粒料桩的路堤底面应设置一层与粒料桩相连的排水垫层，垫层材料可采用碎石或砂砾，其厚度宜为0.5m。

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）

适用于处理十字板抗剪强度不小于 20kPa 的软土地基。最大桩长不宜大于30m。桩径应根据成桩设备条件确定，宜为 0.35 -0.60m。桩间距应根据设计对承载力和变形的要求、土质条件、施工工艺等确定，宜取4-5倍桩径。垫层厚度宜取 0.3 -0. 5m，当桩径大或桩距大时，垫层厚度宜取高值。

加固土桩（水泥搅拌桩）

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%软土地基。粉喷法加固土桩的加固深度不宜大于12m；浆喷法加固土桩的加固深度不宜大于 20m 。加固土桩的桩径不宜小于 0.5m。相邻桩的间距不应大于4倍桩径。加固土桩应在桩顶设置垫层，垫层厚度宜为0.3-0.5m。（“广东省软土规范”规定水泥土搅拌桩复合地基一般适用于填土高度小于7m的路段，“浙江省软土规范”规定填土高度不大于6米）。

刚性桩（素混凝土桩，预应力管桩）

适用于处理深厚软土地基上荷载较大、变形要求较严格的高路堤段、桥头或通道与路堤衔接段。刚性桩可按正方形或等边三角形布置。桩径宜根据成桩设备确定，桩间距不宜小于5倍桩径。刚性桩桩顶应设桩帽，形状可采用圆柱体、台体或倒锥台体。桩帽直径或边长宜为1.0- 1.5m ，厚度宜为 0.3 -0.4m ，宜采用C30水泥混凝土现场浇筑而成。桩帽顶上应铺设具有一定厚度、强度、刚度、完整连续的柔性土工合成材料加筋 垫层。

根据文章《软土孔压静力触探试验（CPTU）参数与十字板剪切试验参数相关性研究》研究成果。十字板剪切试验参数不排水抗剪强度Cu（Kpa）与触探试验锥尖阻力qc（Mpa）的相关方方程

Cu＝59.5qc~0.8791（淤泥）

Cu＝77.664qc~4.4009（淤泥质土）

计算可以得出：

十字板强度Cu≥10Kpa时对应静探Ps≥0.18Mpa

当Ps小于0.18Mpa，不适宜选择水泥搅拌桩方案

十字板强度Cu≥15Kpa时对应静探Ps≥0.25Mpa

当Ps小于0.25Mpa，不适宜选择碎石桩方案

十字板强度Cu≥20Kpa时对应静探Ps≥0.38Mpa

当Ps小于0.38Mpa，不适宜水泥粉煤灰碎石桩方案

根据目前四川高速公路项目静探试验，发现一般丘陵地区水田的Ps值通常大于0.3Mpa（以成渝高速加宽项目、开梁高速为例），局部鱼塘、水库的Ps值小于0.18Mpa；高原地区沼泽局部Ps值小于0.18Mpa。故丘陵地区水田软基处治，碎石桩、水泥搅拌桩软基处治措施一般均适用。鱼塘、水库、高原地区沼泽等区域要视情况选择选择相应处治措施，碎石桩、水泥搅拌桩在Ps值很小的特殊情况下不适用。

五、造价对比
以丘陵区的成渝成南高速加宽项目为例，预算综合单价如下：塑料排水板综合单价29元/m（塑料排水板4.5元/m）碎石桩综合单价123元/m（不含垫层89元/m）水泥搅拌桩综合单价102元/m素混凝土桩综合单价207元/m预制管桩综合单价290元/m（久马高速）
对于地形较平的路段，塑料排水板是经济性最好的深层软基处治措施，由于砂砾石涨价，砂砾石垫层推高了塑料排水板单价。水泥搅拌桩大约是塑料排水板价格的3.3倍，碎石桩大约是塑料排水板价格的4倍。
假设碎石桩和水泥搅拌桩采用1.5米间距，素混凝土桩采用2米间距，均采用等边三角形布置，则素混凝土相对单价为116元/m，和碎石桩或水泥搅拌桩的单价相当，因此从工程造价方面考虑，水泥搅拌桩相对于素混凝土桩并没有优势。
六、工程案例

根据《公路软土地基基路堤设计与施工技术细则》（JTG/F D31-02-2013）规定水泥搅拌桩的适用条件如下：

根据浙江省《公路软土地基路堤设计规范》DB33/T 904-2013规定：

当路堤高度大于6m时，路堤在路肩附近产生较大的水平土压力，边坡范围的水泥搅拌桩柱状布置时，极易受弯断裂。

下图为久马高速某段软基静探，由于3米以上Ps值小于0.25MPa，所以该段不适宜采用碎石桩，由于7.7米以上为泥炭质土且填土高度大于6米的路段，因此不适宜采用水泥搅拌桩。

根据规范要求和综合比选，该段软基处治设计采用的素混凝土桩方案，素混凝土桩施工及检测详见《素混凝土灌注CFG桩施工技术培训讲义》。

久马高速素混凝土桩施工中的泥炭质土

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久马高速素混凝土桩施工
七、总结深层软基处治应根据路堤填土高度、软土性质、当地材料、施工工期等组合考虑选择经济合理的处治方案：1.塑料排水排优点：工艺简单，造价低，土体可固结；缺点：施工固结期长
2.碎石桩优点：土体固结快，可容许一定的变形；缺点：造价高，工艺较复杂，检测困难
3.水泥搅拌桩优点：无需等待土体固结；缺点：造价高，工艺复杂，检测困难，土体不能固结，易剪断4.素混凝土桩优点：无需等待固结，检测较方便，强度高；缺点：造价高，工艺较复杂，土体不能固结
对新建道路，场地平整软基分布较均匀的路段建议优先选用塑料排水板方案；对斜坡软基、高填软基、新老衔接段等路段的深层软基建议根据碎石桩、水泥搅拌桩和素混凝土桩的适用条件综合比较选择方案。
从工程造价方面考虑，水泥搅拌桩相对于素混凝土桩(间距更大)并没有优势，且水泥搅拌桩受软土性质和填土高度等因素制约。对深层软基的涵洞地基、高填桥台锥坡地基建议采用素混凝土桩进行处治。
对刚性桩应增加两边侧桩的抗剪和抗倾覆验算，对高填深厚且强度很低的软基在采用刚性桩方案时，应增加桩顶连接措施。