劉廷榮

（中鐵北京工程局集團有限公司，北京 102308）

0 引言

堆載預壓法和強夯置換法是處理軟土地基的常用方法，在實際施工過程中得到了充分運用，國內外大量專家對2種方法在理論、試驗以及數值模擬等方面都做了大量研究，積累了充分的研究成果，很大程度上促進了這2種地基處理方法理論及實際應用的有效發(fā)展。李慎峰[1]結合某工程項目軟土地基實際的地址條件，比較分析了強夯置換法、水泥土攪拌樁復合地基和堆載預壓法的經濟性和適用性，發(fā)現(xiàn)3種方法都能提高軟土地基的承載力，達到工程要求，但是強夯置換法所需工期最短，成本最低。在荷載作用下，飽和土體會產生超靜孔隙水壓力，從而導致土顆粒中孔隙水被排出，使土體產生固結變形，經過一段時間后，超靜孔隙水壓力慢慢減小，同時有效應力會相應增大，土體強度也會不斷提高，這一過程稱為飽和土體的固結。

1 研究現(xiàn)狀

沉降速率法、雙曲線法和沉降差法是用堆載預壓來研究軟土地基沉降預測時常見的方法。楊晶[2]通過研究某建設用地軟土地基監(jiān)測資料，根據以上3種不同方法研究預測軟土沉降，比較計算結果，得出了不同沉降預測方法的優(yōu)缺點。江濤[3]以某港口工程軟土地基處理為例，使用塑料排水板堆載預壓法處理地基，根據監(jiān)測數據采用三點法和雙曲線法對處理后的地基沉降進行預測，分析發(fā)現(xiàn)塑料排水板堆載預壓法能夠有效處理軟基，使軟基固結度達到90%。李向群[4]以沿海軟土地基處理試驗段為研究對象，監(jiān)測地表沉降、表層水平位移和深層水平位移在軟土地基處理過程中的變化數據，分析了軟土沉降和固結變形隨時間變化的規(guī)律，為以后相似工程地基施工提供了數據參考。仁宗朋[5]以某地基工程為例，通過監(jiān)測地表沉降、孔隙土壓力和分層沉降等數據，來預測最終沉降，綜合分析了堆載預壓法在軟土地基中的處理效果。蔣建清[6]以某場地堆載預壓法處理軟土地基為基礎，通過現(xiàn)場原位測試獲得了預壓地基固結特性相關參數的測試結果，通過試驗結果，分析了軟土地基在預壓荷載作用下的固結特性，給出軟土沉降曲線隨時間和荷載變化的特征、孔隙水壓力變化規(guī)律和不同軟土的位移規(guī)律。該文通過堆載預壓法研究了湖北鄂州順豐運輸機場大面積深厚軟土地基的沉降特征，給出了相應的工程結論，結果可為工程實際施工提供理論支撐。

2 工程概況

湖北國際物流核心樞紐機場建設是我國發(fā)展物流運輸，加快物流貨運綜合運輸發(fā)展體系形成的重要戰(zhàn)略支撐，是湖北省“十三五”規(guī)劃的重大建設項目。該項目對促進湖北省快遞運輸業(yè)高效發(fā)展，形成全國物流運輸的大型貨運集散中心，具有重大戰(zhàn)略作用。湖北國際物流核心樞紐機場是亞州第一個全貨運機場，距離鄂州市中心約15 km，距離武漢市中心約76 km。機場計劃建成4E級雙跑道獨立運行飛行區(qū)，每條跑道長3 600 m，一期規(guī)劃用地12萬km2。走馬湖水系（含螺絲徑湖）綜合治理工程（機場配套工程）位于湖北省鄂州市，地跨鄂州市燕磯、楊葉和沙窩3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，包括走馬湖、黃田湖和螺絲徑湖等區(qū)域，距離鄂州市中心約15 km，距離武漢市中心約76 km。軟土是指天然孔隙比≥1.0，且天然含水量大于液限的細粒土，包括淤泥、淤泥質土、泥炭和泥炭質土等。該工程場地內軟土為淤泥（地層代號②-1、②-2）和淤泥質黏土（地層代號②-3、②-5），其成因主要為湖泊沉積，在湖水處于穩(wěn)定期時逐漸沉積而成。場地內的軟土主要分布于場內湖塘、水田、溝谷和低洼地等地段。場內未發(fā)現(xiàn)大型暗塘暗浜，僅少量魚塘淤積后成為農田。軟土主要分布在走馬湖湖區(qū)及周邊，壟崗區(qū)的溝谷和低洼地段也零散分布?？v觀整個場地，軟土厚度不一樣，壟崗區(qū)一般小于2 m。走馬湖湖區(qū)及周邊厚度較大，最厚地段位于走馬湖湖區(qū)中央，平均厚度78 m～8 m，最大厚度約15 m。軟土在長期荷載的作用下，除產生排水固結引起的變形外，還會出現(xiàn)緩慢而長期的剪切變形，這會對地基沉降有較大的影響，對邊坡和地基的穩(wěn)定性不利。當原狀土受到振動或擾動以后，由于土體結構受到破壞，強度會大幅度降低。該場地內軟土靈敏度均小于3，雖然靈敏度不高，但軟土地基受荷載振動后，易產生側向滑動、沉降或基礎以下土體被擠出等現(xiàn)象。該區(qū)域軟土天然含水率約為50%～70%，最大含水率超過200%，含水量很高，但其透水性差，特別是垂直向透水性更差，垂直滲透系數多在1×10-8cm/s～1×10-6cm/s，屬微透水層或不透水層，對地基排水固結不利。軟土對該工程的影響主要表現(xiàn)為由于沉降較大或差異沉降造成對擬建物的破壞，以及造成填方邊坡失穩(wěn)等。該類土體含水量及壓縮性較高，孔隙比大，滲透系數極小，強度低，工程特性極差，受震動時其結構極易破壞，導致強度降低，引起擬建物不均勻沉降，易造成擬建物的滑動和坍塌，不宜作為擬建物的持力層。上部建筑物荷載較小時，可以進行地基處理，對于大型、重點建筑基礎宜置于下部穩(wěn)定層中。場地分區(qū)主要分為7個功能區(qū)，包括該期飛行區(qū)道面影響區(qū)、該期飛行區(qū)土面區(qū)、該期航站區(qū)、該期工作區(qū)、航站區(qū)道面復合區(qū)、規(guī)劃飛行區(qū)道面影響區(qū)以及規(guī)劃飛行區(qū)工作區(qū)，其場地分區(qū)見表1。

表1 鄂州機場場地分區(qū)表

3 試驗段區(qū)域選擇

綜合現(xiàn)場踏勘實際情況，為保證試驗段施工便捷，縮短施工周期，更快的取得試驗參數，考慮到湖區(qū)水系的暢通，經權衡，在螺絲徑湖湖區(qū)內選取試驗段區(qū)域，施工相對集中，可保證施工連續(xù)性，驗證強夯置換施工和塑料排水板施工交界面施工工序，在螺絲徑湖選取3條施工便道，堆載預壓試驗段主要分為2個試驗區(qū)域，試驗段分區(qū)表見表2。

表2 試驗段分區(qū)表

4 沉降監(jiān)測方案

沉降觀測包括分層沉降、軟土表層沉降以及表面沉降。軟土層內部埋設分層沉降環(huán)觀測軟土的分層沉降，每個測孔每隔3 m深度設1個沉降環(huán)，軟土層底部埋設1個沉降環(huán)。軟土表層沉降板放置在堆載預壓碎石墊層頂面，在插設排水板之后埋放，每個試驗區(qū)放置3個；填土至交工面高程后，埋設表面沉降標，每個試驗區(qū)不少于3個。采用沉降板對地基的表面沉降量進行監(jiān)測，埋深1 m，對地基沉降量隨堆載情況以及預壓時間的變化規(guī)律進行監(jiān)測。采用沉降板對軟土層頂沉降進行監(jiān)測。軟土層上碎石墊層頂部布設，上部土石方填筑時，分段連接至填筑層頂面。土層的具體性質見表3。

表3 土層性質及分布

5 施工過程質量控制措施

施工過程質量控制措施包括以下7點：1）塑料排水板的質量，應符合圖紙和該規(guī)范規(guī)定的要求。施工之前應將塑料排水板堆放在現(xiàn)場，并加以覆蓋，以防暴露在空氣中老化。2）施工過程中保持排水板垂直，其垂直偏差按排水板進入軟土地基深度確定≤1.5%。3）施工時應嚴格按照圖紙指出的位置、深度和間距設置，一般位置偏差不超過5 cm。該工程設計間距為110 cm，露出地面的“板頭”長度不小于2 cm，使其與碎石墊層貫通；并將其保護好，以防機械和車輛進出時受損，影響排水效果。4）塑料排水板在插入地基的過程中，應保證板不扭曲，透水膜無破損和不被污染。板的底部應有可靠的錨固措施，以免在抽出保護套管時將其帶出。5）塑料排水板不得互相搭接，保持排水板入土的連續(xù)性，發(fā)現(xiàn)斷裂即重新施插。6）施工中防止泥土等雜物進入套管內，一旦發(fā)現(xiàn)應及時清除。打設形成的孔洞使用砂回填，不得用土塊堵塞。 7）塑料排水板處理路段取用級配碎石墊層，增強排水效果。8）施插排水板達到設計入土的深度后才能拔管，施插并切斷排水板后，露出地面的“板頭”長度不小于20 cm。

6 技術參數

技術參數包括以下4點：1）該工程塑料排水板打設深度≤15 m，根據相關規(guī)程參考數據，該工程可以選擇B型塑料排水板作為垂直排水通道，寬度為100 mm，厚度≥4 mm，性能指標應滿足規(guī)程要求。2）塑料排水板平面布置按照正方形布置，試驗段區(qū)域軟土厚度大，布置間距為1.1 m×1.1 m，打設深度穿透軟土層，進入下部粉質黏土層1.0 m。排水板上端露出碎石墊層（或砂礫墊層）頂面0.2 m。3）為保證排水質量，該工程采用防淤堵塑料排水板（型號B型）。該排水板的濾膜可根據黏土顆粒調整孔徑的大小，達到最好的排水及防淤堵效果。4）考慮到項目附近砂料緊缺，不能滿足塑料排水板的工程需要，基于料源及排水效果的考慮，該項目排水墊層采用碎石墊層（或砂礫墊層），墊層石料采用中微風化花崗巖、中微風化粉砂巖和中微風化細砂巖，墊層總厚度為0.80 m，滲透系數≥0.01 cm/s，含泥量不超過3.00%，分層填筑；鋪設范圍超出處理范圍0.30 m，排水碎石墊層（或砂礫墊層）厚度允許偏差≤5.00 cm。碎石墊層下鋪設1層多向復合土工墊或加筋濾網，并根據試驗情況最終確定選用。

7 工藝流程

對于軟土厚度＞5.0 m，采用塑料排水板堆載預壓地基處理方案，清理完成②-1淤泥層后，鋪設1層復合土工墊或加筋濾網，然后再鋪設碎石墊層（或砂礫墊層），插打排水板，分層堆載預壓處理，上部填土分層填筑時，塑料排水板頂部3 m范圍內土石方填筑壓實采用振動碾壓（或沖擊碾壓）的方法進行，3 m以上區(qū)域采用強夯法施工。

施工前對照地質資料，在布置排水板的場地范圍內做必要的觸探（探孔）檢查，盡量避免施打排水板時碰到地下障礙物。同時，做好排水板的技術性能檢測，采用B型塑料排水板工藝流程包括以下4點：1）場地平整，塑料排水板施工前先清除②-1淤泥層。2）鋪設一層施工墊層（厚度約0.7 m～1.2 m，厚度要滿足機械施工的要求、最大粒徑≤20 cm），在施工墊層上鋪設1層復合土工墊，鋪設時相鄰2塊土工布之間要做好搭接處理，復合土工墊搭接長度為20 cm～30 cm，在復合土工墊或加筋濾網上鋪設碎石墊層。3）鋪設碎石墊層，墊層總厚度為80 cm報檢（排水碎石墊層厚度允許偏差≤5 cm），合格后進行下一步工序。4）測量定位。準確放樣出各個塑料排水板的位置，并做好標記。5）插板機就位、插板和排水板的施打過程采用定載振動壓入的方法，一直打到設計要求的深度，不允許重錘夯擊。排水板在平面以正方形布置。

8 沉降分析

圖1為軟土沉降觀測點D1-RTCJ1的堆載高度-時間-沉降-沉降速率的監(jiān)測曲線。從2019年6月3日開始監(jiān)測沉降深度，6月14日開始堆載，12月9日堆載完成。從開始監(jiān)測到2020年4月6日，一共308 d，該點最終堆載高度為5.9 m，累計沉降量為-923.07 mm。在0 d～7 d內，沒有進行堆載，只進行了水平排水墊層的鋪設以及塑料排水板的打設工作等前期的準備工作，所以軟土沉降也很小，幾乎可以忽略不計。堆載開始后，沉降迅速增加，沉降速率突然變快。隨著堆載的不斷進行，軟土沉降深度不斷增加，每進行1次加載，沉降速率曲線突變1次，沉降也會突然變快然后逐漸趨于平緩，如此循環(huán)，直到堆載結束。每一級堆載高度越高，對應沉降速率越大，沉降深度也在快速增加。堆載完成后，軟土沉降逐漸趨向穩(wěn)定，軟土沉降速率逐漸趨于零。

圖1 D1區(qū)軟土沉降監(jiān)測曲線

圖2為D2試驗區(qū)D2-RTCJ2監(jiān)測點的堆載-時間-沉降-沉降速率的實測曲線。從2019年5月6日開始監(jiān)測沉降數據，6月14日開始堆載，2019年12月30日完成堆載。從開始監(jiān)測沉降到2020年4月6日，一共 336 d，該點最終堆載高度為6.7 m，累計沉降量為-515.82 mm。在堆載開始前，進行插打塑料排水板以及水平墊層的鋪設，軟土層出現(xiàn)少量沉降，但沉降速率很小，沉降不明顯。堆載開始后，沉降速率突然增大，沉降快速增加。每進行一次堆載，沉降速率都會發(fā)生突變，沉降曲線變陡。每級堆載增加的高度越多，沉降速率突變越明顯，沉降曲線斜率增量變大。在每2級加載間隔時間內，沉降速率較小，沉降曲線也趨于平緩。堆載完成后，沉降速率逐漸減小到零，沉降曲線也逐漸達到穩(wěn)定。堆載之前，沉降速率很小，沉降量幾乎為零。施加外部堆載之后，沉降速率突然增大，沉降曲線急劇變陡，說明只有在外部荷載作用力下，才能使其沉降。

圖2 D2區(qū)軟土沉降監(jiān)測曲線

9 結論

通過上述試驗數據分析，得到以下結論：1）軟土含水量及壓縮性較高，孔隙比大，滲透系數極小，強度低，土質均勻性差，工程特性極差，易引起擬建物不均勻沉降。2）通過堆載預壓可使軟土地基提前固結，減少工后沉降，增加地基的穩(wěn)定性。3）超載預壓試驗段比等載預壓試驗段固結程度高，為了達到更高的固結度，可在現(xiàn)場允許的條件下進行超載預壓。