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1工程概况
吴中区东太湖环湖大堤是东太湖综合整治工程中堤线调整工程的重要组成部分，均为因岸线调整而新建的堤防，根据批准的堤线调整方案，部分堤段环湖大堤位于深水区（早期湖中取土用于城市建设），滩面高程较低，平均底高程约为-1.0m，局部最深处达-6.0m（环湖大堤堤顶高程为7.0m）。
吴中区堤线调整段共有两个区域，即吹填Ⅰ区和吹填Ⅱ区，原地面高程较低，均位于水下，吹填Ⅰ区在-1.0m左右，吹填Ⅱ区在-5.0~1.0m左右，堤身土方需求量较大，为加快施工进程，经综合考虑，先对两个区域进行吹填施工，吹填土方主要采用东太湖湖区行洪供水通道及两侧保护区疏浚土方。吹填区统一吹填至5.0m高程。
2工程地质
由于吹填区吹填厚度较大，局部最大厚度达10.0m，吹填土料来源不尽一致，吹填后各段的土层特性各不相同。根据土的物理力学指标，将吹填土划分成两个层次：即第①层粉质粘土和第①t层的淤泥质粉质粘土。第①层粉质粘土表层部分已经风干硬结成块，下部基本呈软塑~流塑状态。第①t层淤泥质粉质粘土基本呈流塑状态，局部区段夹较多灰黑色有机质、泥炭质土，嗅味明显。
吹填土主要力学设计参数建议值表见表1。
表1吹填土主要力学设计参数建议值表
土层编号 土层名称 不排水抗剪强度Cu（kPa） 压缩模量
Es (MPa) 承载力特征值fak（kPa） 最优含水量（%） 最大干密度（g/m3）
① 粉质粘土 17.0 2.0 45 18.0 1.72
①t 淤泥质粉质粘土 12.0 1.5 35
对于整体吹填土而言，除表层部分风干土外，无论是第①层还是第①t层土，均为鹅卵土和其间的泥浆组成，具有大孔隙、过饱和及欠固结特征，总体呈现淤泥质粉质粘土性状，物理力学性质较差。
吹填土渗透性很低，渗透系数一般在10-7cm/s数量级，饱和状态下排水固结速度很慢，强度增长缓慢。测试结果表明，除表部0.0~1.0m外，下部吹填土比贯入阻力没有明显提高。
总的来看，吹填土土性软弱，力学性质差，地基承载力、沉降变形（包括不均匀变形）等方面不能满足拟建环湖路堤工程的要求，应进行地基处理。
3基础处理方案
3.1 沉降计算分析
按照《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）中针对软土地区路基推荐的分层总和法计算地基的主固结沉降Sc及总沉降量S，压缩试验资料采用压缩模量Es，同时按照推荐的方法计算任意时刻地基的沉降量St，由此可以计算各分级加荷下的沉降量以及竣工后任意时刻的残余沉降量。
设计选择了4个孔作为典型计算剖面进行沉降计算，孔号分别是J72、Z71、J73、Z74。首先计算各孔在使用荷载下的总沉降，然后计算出施工沉降，进而得出工后沉降。计算结果如表3所示。
表3沉降计算结果
孔号 总沉降（mm） 施工沉降（mm） 工后沉降（mm）
J72 490.4 287.1 203.3
Z71 528.9 310.4 218.5
J79 522.8 367.5 155.3
Z74 626.0 336.0 290.0
计算结果显示，如不进行地基处理，总沉降将达49~62cm，不满足路堤工后沉降要求，应对其进行基础处理。
3.2 基础处理方案比选
软土地基加固一般可采用挖除换填、排水加固、深层挤密、动力压密及化学加固等方法。鉴于现状吹填土处于大孔隙、过饱和及欠固结状态，采用排水固结（如砂桩+堆载预压）或化学加固（如水泥搅拌桩等）等方法较适宜。对于吹填土厚度2.0m左右堤段，可采用换填处理。
针对吹填土压缩性高、渗透性差、强度和承载力低的特点，选择水泥粉喷桩、真空预压法、砂井-强夯法等适用于本工程的基础处理方法进行方案比选。
（1）水泥粉喷桩
水泥粉喷桩适用于处理天然含水量大于30%的淤泥与淤泥质土、粘性土和粉性土地基。根据本工程吹填土性状，堤基处理采用直径为500mm的水泥粉喷桩，间距1.2m，正方形布置，面积置换率为13.6%。根据吹填土层的厚度，桩底高程控制在-2.00m~-7.00m，穿透吹填土层到达强度相对较高的持力层②层粉质粘土层。粉喷桩桩顶高程为3.5m，桩顶上部1.5m左右吹填土层挖除后再进行粘土分层填筑。水泥粉喷桩加固土体为吹填土，吹填土含水量必须控制在70%以下。
水泥粉喷桩处理方案布置图见附图2，以钻孔Z74为例，处理后沉降及复合地基承载力计算结果见表4。
表4处理后沉降及复合地基承载力计算结果
孔号 总沉降(mm) 施工沉降(mm) 工后沉降(mm) 粉喷桩复合地基承载力（kPa）
Z74 334.0 118.0 216.0 79.38
图1堤防断面结构图（水泥粉喷桩）
（2）真空预压法
真空预压法是在待加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后在地基内设置竖向排水通道（塑料排水板或砂井），在砂垫层内埋设透水管作为水平排水层，再在砂垫层上覆盖不透气的密封薄膜使之与外界大气隔绝，通过竖向排水通道和水平排水层（如图2所示），用抽真空装置进行抽真空，将密封膜内需加固处理的软土地基内的空气和水抽出，软土地基体随空气和水的不断排出而固结，从而达到加固目的。
图2真空预压布置图
本工程真空预压水平排水垫层采用砂垫层，垂直排水系统采用塑料排水板，施工时首先在塑料排水板区域铺设粗砂排水垫层，厚50cm，塑料排水板在铺设砂垫层后施工，正三角形布置，间距1m，穿透吹填土层，之后安放监测装置，并在砂垫层中铺设滤管。滤管布设完毕后，铺膜并设置抽真空装置，在加固区内覆水后即可开始对地基进行抽真空加固处理。
由于吹填区两侧均为自由水，加固时采用垂直铺塑侧向密封技术提高密封效果，通过锯槽机在地层中先形成宽约30cm，深10~15m的沟槽，然后将密封塑料膜连续铺入槽内，再用粘土回填形成密封墙。垂直铺塑采用0.3mm厚单层密封膜，密封深度穿透吹填土层进入②层土，地表出露1m，直接与表层密封膜相粘结。垂直铺塑将表面密封薄膜与侧向垂直密封膜直接粘接起来，使真空预压密封膜形成一个闭合整体，密封可靠性大大加强，从而提高加固效果。
（3）砂井-强夯法
强夯工艺具有施工简便、造价低廉的优点，特别适合于大面积地基加固，针对本工程吹填土的特点，采用通过设置排水通道、对地基进行排水固结后再进行强夯加固施工的處理方式，改善处理效果。
砂井-强夯法就是通过砂井加快地基的排水固结，然后采用强夯法进行表层加固，通过强夯形成均匀的硬壳层，满足路堤荷载的使用要求。
砂井为竖向排水井，通过在软土地基内设置砂井，由于吹填土的渗透系数为10-7cm/s，而砂的渗透系数大部分介于10-2~10-3cm/s，这就大大缩短软土的排水距离，从而加快地基的排水固结，加速地基的沉降。
为加强堤基处理效果，本方案先将吹填区中间堤身部分吹填土反挖至3.0m高程，开挖土方堆于堤身两侧形成子堰，反挖后中间部分堤基吹填土再采用砂井-强夯法进行处理。
砂井采用普通砂井，直径取500mm，间距1.5m，等边三角形布置，打穿吹填土层，提高排水效率。砂井-强夯法处理方案布置图见附图3。
图3堤防断面结构图（砂井-强夯法）
设置排水通道后可直接强夯或等土体预压排水后强夯，根据本工程吹填土的性质，单击夯击能取1000kN·m，3遍点夯，2遍满夯，夯锤面积为4~4.5m2，夯击点位置采用等边三角形布置，第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。夯前铺设50cm厚土石混合料作为垫层，遍与遍间歇时间在10d左右，最后两击平均夯沉量小于5cm收锤。
以上三种处理方案的综合比较见表5。
表5地基处理方案综合比较表
处理
方案项目 水泥粉喷桩 真空预压法 砂井-强夯法
优点 最大限度地利用了原土；
搅拌时无振动、无噪音和无污染；
施工工艺简单、设备国产较普及，一般的施工单位都能胜任。 受力稳定性好；
施工设备简单，加固工期短；
材料用量少、无环境污染；
可大面积同时施工。 适合饱和粘性土和淤泥；
施工简便、造价低廉；
特别适合大面积堤基加固。
缺点 1、施工过程不易控制、施工质量不易保证；
2、施工周期较长；
3、对土质含水量比较敏感。
1、真空预压施工要求的闭气范围较小，难以达到理想的降水效果；
2、真空设备效能和软基密封要求高，施工要求较高。 1、强夯间歇期较长；
2、可能出现“橡皮土”；
3、工期要求较长，难以满足大堤堤顶道路完工要求。
處理效果 能有效吸收吹填土中的水分，桩体又具有较高的强度和承载力，从而提高堤基承载力，减少沉降量。 塑料排水板排水效果不确定，闭气效果直接影响处理效果。 对软土地基处理效果不显著，且必须通过强夯试验，进行现场试夯，检验强夯效果，确定各项强夯参数。
工期 最短 最长 较长
投资 12608元（单米） 11922元（单米） 13995元（单米）
综上所述，水泥粉喷桩能有效吸收吹填土中水分，桩体具有较高强度及承载力，从而提堤基承载力，控制基础沉降变形，虽然投资略高于真空预压法，但工期短，粉喷桩施工工艺亦较成熟，能满足路堤完工要求，因此本工程推荐采用水泥粉喷桩法处理吹填段基础。
4结语
对于软土地基的处理，应根据不同的地质情况，进行多种方案比较，论证、合理选取相应的处理方案，无论采用哪种地基处理方法，应本着效果优良、施工便捷、经济节约和进度满足的原则。在施工之前，宜进行试验比选，并取得合理的设计、施工参数，保证地基处理质量达到设计要求。
参考文献
[1]上海勘测设计研究院.东太湖综合整治工程（报批稿）[R].上海：上海勘测设计研究院，2010.
[2]上海勘测设计研究院.东太湖综合整治（吴中区）工程大堤吹填段工程地质勘察报告[R].上海：上海勘测设计研究院，2010.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
吴中区东太湖环湖大堤是东太湖综合整治工程中堤线调整工程的重要组成部分，均为因岸线调整而新建的堤防，根据批准的堤线调整方案，部分堤段环湖大堤位于深水区（早期湖中取土用于城市建设），滩面高程较低，平均底高程约为-1.0m，局部最深处达-6.0m（环湖大堤堤顶高程为7.0m）。
吴中区堤线调整段共有两个区域，即吹填Ⅰ区和吹填Ⅱ区，原地面高程较低，均位于水下，吹填Ⅰ区在-1.0m左右，吹填Ⅱ区在-5.0~1.0m左右，堤身土方需求量较大，为加快施工进程，经综合考虑，先对两个区域进行吹填施工，吹填土方主要采用东太湖湖区行洪供水通道及两侧保护区疏浚土方。吹填区统一吹填至5.0m高程。
2工程地质
由于吹填区吹填厚度较大，局部最大厚度达10.0m，吹填土料来源不尽一致，吹填后各段的土层特性各不相同。根据土的物理力学指标，将吹填土划分成两个层次：即第①层粉质粘土和第①t层的淤泥质粉质粘土。第①层粉质粘土表层部分已经风干硬结成块，下部基本呈软塑~流塑状态。第①t层淤泥质粉质粘土基本呈流塑状态，局部区段夹较多灰黑色有机质、泥炭质土，嗅味明显。
吹填土主要力学设计参数建议值表见表1。
表1吹填土主要力学设计参数建议值表
土层编号 土层名称 不排水抗剪强度Cu（kPa） 压缩模量
Es (MPa) 承载力特征值fak（kPa） 最优含水量（%） 最大干密度（g/m3）
① 粉质粘土 17.0 2.0 45 18.0 1.72
①t 淤泥质粉质粘土 12.0 1.5 35
对于整体吹填土而言，除表层部分风干土外，无论是第①层还是第①t层土，均为鹅卵土和其间的泥浆组成，具有大孔隙、过饱和及欠固结特征，总体呈现淤泥质粉质粘土性状，物理力学性质较差。
吹填土渗透性很低，渗透系数一般在10-7cm/s数量级，饱和状态下排水固结速度很慢，强度增长缓慢。测试结果表明，除表部0.0~1.0m外，下部吹填土比贯入阻力没有明显提高。
总的来看，吹填土土性软弱，力学性质差，地基承载力、沉降变形（包括不均匀变形）等方面不能满足拟建环湖路堤工程的要求，应进行地基处理。
3基础处理方案
3.1 沉降计算分析
按照《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）中针对软土地区路基推荐的分层总和法计算地基的主固结沉降Sc及总沉降量S，压缩试验资料采用压缩模量Es，同时按照推荐的方法计算任意时刻地基的沉降量St，由此可以计算各分级加荷下的沉降量以及竣工后任意时刻的残余沉降量。
设计选择了4个孔作为典型计算剖面进行沉降计算，孔号分别是J72、Z71、J73、Z74。首先计算各孔在使用荷载下的总沉降，然后计算出施工沉降，进而得出工后沉降。计算结果如表3所示。
表3沉降计算结果
孔号 总沉降（mm） 施工沉降（mm） 工后沉降（mm）
J72 490.4 287.1 203.3
Z71 528.9 310.4 218.5
J79 522.8 367.5 155.3
Z74 626.0 336.0 290.0
计算结果显示，如不进行地基处理，总沉降将达49~62cm，不满足路堤工后沉降要求，应对其进行基础处理。
3.2 基础处理方案比选
软土地基加固一般可采用挖除换填、排水加固、深层挤密、动力压密及化学加固等方法。鉴于现状吹填土处于大孔隙、过饱和及欠固结状态，采用排水固结（如砂桩+堆载预压）或化学加固（如水泥搅拌桩等）等方法较适宜。对于吹填土厚度2.0m左右堤段，可采用换填处理。
针对吹填土压缩性高、渗透性差、强度和承载力低的特点，选择水泥粉喷桩、真空预压法、砂井-强夯法等适用于本工程的基础处理方法进行方案比选。
（1）水泥粉喷桩
水泥粉喷桩适用于处理天然含水量大于30%的淤泥与淤泥质土、粘性土和粉性土地基。根据本工程吹填土性状，堤基处理采用直径为500mm的水泥粉喷桩，间距1.2m，正方形布置，面积置换率为13.6%。根据吹填土层的厚度，桩底高程控制在-2.00m~-7.00m，穿透吹填土层到达强度相对较高的持力层②层粉质粘土层。粉喷桩桩顶高程为3.5m，桩顶上部1.5m左右吹填土层挖除后再进行粘土分层填筑。水泥粉喷桩加固土体为吹填土，吹填土含水量必须控制在70%以下。
水泥粉喷桩处理方案布置图见附图2，以钻孔Z74为例，处理后沉降及复合地基承载力计算结果见表4。
表4处理后沉降及复合地基承载力计算结果
孔号 总沉降(mm) 施工沉降(mm) 工后沉降(mm) 粉喷桩复合地基承载力（kPa）
Z74 334.0 118.0 216.0 79.38
图1堤防断面结构图（水泥粉喷桩）
（2）真空预压法
真空预压法是在待加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后在地基内设置竖向排水通道（塑料排水板或砂井），在砂垫层内埋设透水管作为水平排水层，再在砂垫层上覆盖不透气的密封薄膜使之与外界大气隔绝，通过竖向排水通道和水平排水层（如图2所示），用抽真空装置进行抽真空，将密封膜内需加固处理的软土地基内的空气和水抽出，软土地基体随空气和水的不断排出而固结，从而达到加固目的。
图2真空预压布置图
本工程真空预压水平排水垫层采用砂垫层，垂直排水系统采用塑料排水板，施工时首先在塑料排水板区域铺设粗砂排水垫层，厚50cm，塑料排水板在铺设砂垫层后施工，正三角形布置，间距1m，穿透吹填土层，之后安放监测装置，并在砂垫层中铺设滤管。滤管布设完毕后，铺膜并设置抽真空装置，在加固区内覆水后即可开始对地基进行抽真空加固处理。
由于吹填区两侧均为自由水，加固时采用垂直铺塑侧向密封技术提高密封效果，通过锯槽机在地层中先形成宽约30cm，深10~15m的沟槽，然后将密封塑料膜连续铺入槽内，再用粘土回填形成密封墙。垂直铺塑采用0.3mm厚单层密封膜，密封深度穿透吹填土层进入②层土，地表出露1m，直接与表层密封膜相粘结。垂直铺塑将表面密封薄膜与侧向垂直密封膜直接粘接起来，使真空预压密封膜形成一个闭合整体，密封可靠性大大加强，从而提高加固效果。
（3）砂井-强夯法
强夯工艺具有施工简便、造价低廉的优点，特别适合于大面积地基加固，针对本工程吹填土的特点，采用通过设置排水通道、对地基进行排水固结后再进行强夯加固施工的處理方式，改善处理效果。
砂井-强夯法就是通过砂井加快地基的排水固结，然后采用强夯法进行表层加固，通过强夯形成均匀的硬壳层，满足路堤荷载的使用要求。
砂井为竖向排水井，通过在软土地基内设置砂井，由于吹填土的渗透系数为10-7cm/s，而砂的渗透系数大部分介于10-2~10-3cm/s，这就大大缩短软土的排水距离，从而加快地基的排水固结，加速地基的沉降。
为加强堤基处理效果，本方案先将吹填区中间堤身部分吹填土反挖至3.0m高程，开挖土方堆于堤身两侧形成子堰，反挖后中间部分堤基吹填土再采用砂井-强夯法进行处理。
砂井采用普通砂井，直径取500mm，间距1.5m，等边三角形布置，打穿吹填土层，提高排水效率。砂井-强夯法处理方案布置图见附图3。
图3堤防断面结构图（砂井-强夯法）
设置排水通道后可直接强夯或等土体预压排水后强夯，根据本工程吹填土的性质，单击夯击能取1000kN·m，3遍点夯，2遍满夯，夯锤面积为4~4.5m2，夯击点位置采用等边三角形布置，第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。夯前铺设50cm厚土石混合料作为垫层，遍与遍间歇时间在10d左右，最后两击平均夯沉量小于5cm收锤。
以上三种处理方案的综合比较见表5。
表5地基处理方案综合比较表
处理
方案项目 水泥粉喷桩 真空预压法 砂井-强夯法
优点 最大限度地利用了原土；
搅拌时无振动、无噪音和无污染；
施工工艺简单、设备国产较普及，一般的施工单位都能胜任。 受力稳定性好；
施工设备简单，加固工期短；
材料用量少、无环境污染；
可大面积同时施工。 适合饱和粘性土和淤泥；
施工简便、造价低廉；
特别适合大面积堤基加固。
缺点 1、施工过程不易控制、施工质量不易保证；
2、施工周期较长；
3、对土质含水量比较敏感。
1、真空预压施工要求的闭气范围较小，难以达到理想的降水效果；
2、真空设备效能和软基密封要求高，施工要求较高。 1、强夯间歇期较长；
2、可能出现“橡皮土”；
3、工期要求较长，难以满足大堤堤顶道路完工要求。
處理效果 能有效吸收吹填土中的水分，桩体又具有较高的强度和承载力，从而提高堤基承载力，减少沉降量。 塑料排水板排水效果不确定，闭气效果直接影响处理效果。 对软土地基处理效果不显著，且必须通过强夯试验，进行现场试夯，检验强夯效果，确定各项强夯参数。
工期 最短 最长 较长
投资 12608元（单米） 11922元（单米） 13995元（单米）
综上所述，水泥粉喷桩能有效吸收吹填土中水分，桩体具有较高强度及承载力，从而提堤基承载力，控制基础沉降变形，虽然投资略高于真空预压法，但工期短，粉喷桩施工工艺亦较成熟，能满足路堤完工要求，因此本工程推荐采用水泥粉喷桩法处理吹填段基础。
4结语
对于软土地基的处理，应根据不同的地质情况，进行多种方案比较，论证、合理选取相应的处理方案，无论采用哪种地基处理方法，应本着效果优良、施工便捷、经济节约和进度满足的原则。在施工之前，宜进行试验比选，并取得合理的设计、施工参数，保证地基处理质量达到设计要求。
参考文献
[1]上海勘测设计研究院.东太湖综合整治工程（报批稿）[R].上海：上海勘测设计研究院，2010.
[2]上海勘测设计研究院.东太湖综合整治（吴中区）工程大堤吹填段工程地质勘察报告[R].上海：上海勘测设计研究院，2010.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。