戴德軍，趙可昕，楊永民，程 喜

(1.中鐵十九局集團(tuán)廣州工程有限公司，廣州 511458；2.華南理工大學(xué)，廣州 510410；3.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣州 510225)

1 概述

軟土地基有著高壓縮性，抗剪強(qiáng)度低，含水量大，透水性大，還具有一定的流變性等[1-3]。在工程建設(shè)中，軟土地基的承載力無法達(dá)到工程建設(shè)所需的設(shè)計(jì)承載力，項(xiàng)目將發(fā)生無法忽視的地基沉降量，對(duì)工程產(chǎn)生巨大的安全隱患[4-7]。如果在軟土地基的上層，由于大氣循環(huán)和溫度的變化，導(dǎo)致土體中水分的蒸發(fā)從而使原本裸露在外的軟土形成具有一定硬度的土層，相比下覆軟土地基，其密實(shí)度較大、壓縮性和抗剪強(qiáng)度較高，具有一定的剛度，能夠承擔(dān)一部分外部荷載，被稱之為硬殼層[8-10]。

隨著對(duì)地基處理不斷深入研究，地基處理的相關(guān)技術(shù)也不斷完善，其中包括塑料排水板法處理軟基。塑料排水板自20世紀(jì)90年代引入我國(guó)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展技術(shù)已經(jīng)得到很大的發(fā)展，塑料排水板別名塑料排水帶，有波浪型、口琴型等多種形狀。中間是擠出成型的塑料芯板，是排水帶的骨架和通道，其斷面呈并聯(lián)十字，兩面以非織造土工織物包裹作濾層，芯帶起支撐作用并將濾層滲進(jìn)來的水向上排出，是淤泥、淤質(zhì)土、沖填土等飽和粘性及雜填土運(yùn)用排水固結(jié)法進(jìn)行軟基處理的良好垂直通道，縮短了軟土固結(jié)時(shí)間[11-13]。此外，堆載預(yù)壓法控制沉降技術(shù)也在目前地基處理中也逐漸推廣使用。主要通過在地面上堆載，用大于或等于設(shè)計(jì)荷載的堆積荷載，促使地基土體發(fā)生排水固結(jié)來達(dá)到減少土體含水率和提高地基抗剪承載力，加載一段時(shí)間后，卸去荷載，地基土體主固結(jié)沉降提前完成，起到加固地基的作用[14-16]。

為了有效處理表面硬殼層的軟土地基，采用塑料排水板聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行結(jié)合，該法施工簡(jiǎn)單，技術(shù)施工要求不高，做法靈活，地基處理成本低，尤其適合建設(shè)工程工期緊促，需要提高加固效率的工程。本文介紹塑料排水板聯(lián)合堆載預(yù)壓法在廣州南沙萬頃沙萬環(huán)東路路基工程中施工過程中的應(yīng)用，以期為類似工程提供參考。

2 工程概況

廣州市南沙區(qū)自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)萬環(huán)東路規(guī)劃為城市主干路，設(shè)計(jì)速度為50 km/h，道路紅線寬度為40 m，雙向6車道，整體呈南北走向。擬建道路起點(diǎn)位于8涌以西，由北向南，先后與沙尾路、友善路、9涌東路、紅蓮路、10涌西路及多條規(guī)劃道路平面交叉，并分別跨越8涌、9涌、10涌、11涌，終點(diǎn)位于11涌以南，道路全長(zhǎng)為4 km，萬環(huán)東路工程在南沙功能區(qū)塊的位置如圖1所示。

圖1 萬環(huán)東路工程在南沙功能區(qū)塊的位置示意

區(qū)域的地質(zhì)勘察結(jié)果表明，項(xiàng)目位于珠江三角洲沖積平原地帶，場(chǎng)地內(nèi)單元揭露有分布廣泛且厚度較大的軟土層，軟土具含水率高、孔隙比大、高壓縮性等特點(diǎn)，容易引起壓縮沉降?？辈靺^(qū)特殊性巖土主要有人工填土和軟土，其中，勘察區(qū)淺表覆蓋層廣泛分布有人工填土，填料主要為耕植土一般分布在8涌9涌、10涌11涌，以黏性土為主；場(chǎng)區(qū)軟土主要為第四系海陸交互相沉積層(Q4mc)淤泥質(zhì)土和淤泥，軟土呈流軟塑狀，含有較多有機(jī)質(zhì)，具臭味，高含水量，易觸變性，高壓縮性，低強(qiáng)度，自穩(wěn)能力差的特征，其主要工程地質(zhì)問題是強(qiáng)度低，且在擾動(dòng)后強(qiáng)度降低，在橫向與縱向上對(duì)巖土層的均一性有一定的影響，為工程建設(shè)的不利土層，軟土地層也是引起地面沉降的主要致災(zāi)性土體。因此，施工過程中應(yīng)針對(duì)軟土的特征，地基采取加固處理措施。工程所經(jīng)區(qū)域均分布有軟土，且厚度較大，力學(xué)性質(zhì)較差。為保證路堤穩(wěn)定性，減小工后沉降和差異沉降，提高道路行駛舒適性，必須對(duì)新建道路進(jìn)行軟基處理，滿足穩(wěn)定、沉降及滿足構(gòu)造物的承載力要求。

3 塑料排水板堆載預(yù)壓技術(shù)在萬環(huán)東路路基工程地基處理中的應(yīng)用

項(xiàng)目采用“塑料排水板+砂墊層+等載預(yù)壓”施工技術(shù)，通過在軟土中打設(shè)排水板和設(shè)置水平排水系統(tǒng)，加快淤泥層在荷載作用下的排水固結(jié)，并通過填預(yù)壓土對(duì)軟基進(jìn)行預(yù)壓的方法，在較短時(shí)間內(nèi)減少或消除淤泥層的工后沉降，提高淤泥層的抗剪強(qiáng)度和承載力。

3.1 施工技術(shù)要求

塑料排水板間距為 1.2 m，三角形布置，砂墊層厚度為 0.6 m。堆載標(biāo)高等于路床設(shè)計(jì)高程加0.94 m(路面結(jié)構(gòu)換算土柱高度)，堆載預(yù)壓時(shí)間約為 12 個(gè)月，施工時(shí)應(yīng)按該堆載標(biāo)高靜態(tài)控制，隨沉隨補(bǔ)救。交工面承載力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為90 kPa。預(yù)壓荷載共分為2級(jí)：第1級(jí)荷載為路床填高，為永久荷載；第2級(jí)荷載為路面換算土柱高，約0.94 m，持續(xù)時(shí)間為12個(gè)月。路基堆載土方為粘性土，一般路段堆載預(yù)壓完成后，機(jī)動(dòng)車道卸載至機(jī)動(dòng)車道路面結(jié)構(gòu)底面高程，非機(jī)動(dòng)車道和人行道卸載至非機(jī)動(dòng)車道和人行道路面結(jié)構(gòu)底面高程，綠化帶(路面結(jié)構(gòu)底基層以外部分)卸載至綠化帶設(shè)計(jì)頂面高程。低填淺挖段(路基填高小于1.48 m的路段)堆載預(yù)壓完成后全斷面卸載至機(jī)動(dòng)車道路床頂面高程以下40 cm(即40 cm水泥土封層底面)。在塑料排水板頂面設(shè)置60 cm的中粗砂墊層，在堆載體外側(cè)可設(shè)置臨時(shí)排水明溝，排除地表積水，臨時(shí)排水溝尺寸為60 cm×60 cm的梯形溝，采用砂包碼砌，砂包內(nèi)采用回填砂土填筑。

3.2 軟基處理工程概況

萬環(huán)東路地形地貌主要為珠江三角洲沖積平原地貌，地形較平緩，地勢(shì)較低。擬建萬環(huán)東路沿線地形較為平坦、開闊，地面高程一般在 4.00～8.50 m。萬環(huán)東路設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)為WHK0+000(8涌北側(cè))，起點(diǎn)坐標(biāo)(X=182 448.533，Y=70 193.552)，設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)為 WHK4+000(11涌東南側(cè))，終點(diǎn)坐標(biāo)(X=179 679.077，Y=72 980.361)。路基長(zhǎng)度為3.559 km。其中軟基處理長(zhǎng)度為3 083 m,塑料排水板共2 753 695延米，引孔量為92 904 m，雙向土工格柵為 184 285 m2，底砂墊層為99 022 m3，回填沙土為29 837 m3，預(yù)壓土為300 434 m3，沉降及寬填補(bǔ)方為151 077 m3。

水塘路基長(zhǎng)為600 m，沙袋長(zhǎng)為921 m，圍堰體積為 5 865 m3。路基軟基工程全線(除9涌、10涌、11涌橋梁段外)均采用塑料排水板+等載預(yù)壓施工固結(jié)處理，塑料排水按正三角形布置，間距為1.2 m，局部K0+215-K0+540排水板間距為1.1 m。填方高度平均值為3.5 m，考慮防洪排澇道路中線標(biāo)高大于6.45 m，邊坡為1 m 粘度包邊,且噴草防護(hù)，坡腳做臨時(shí)排水溝，魚塘區(qū)抽水、排於、換填并增設(shè)擋水圍堰。

萬環(huán)東路工程施工前的地形地貌如圖2所示，一般路段軟基斷面處置如圖3所示，低填路段及挖方路段軟基處置如圖4所示。

圖2 萬環(huán)東路工程施工前的地形地貌示意

圖3 一般路段軟基斷面處置示意

圖4 適用于低填路段及挖方路段軟基斷面處置示意

3.3 塑料排水板的質(zhì)量及施工質(zhì)量控制

所采用的塑料排水板應(yīng)符合規(guī)范中規(guī)定的各項(xiàng)性能指標(biāo)及外觀檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求[16]，縱向通水量為72 cm3/s(≥40)、復(fù)合體抗拉強(qiáng)度為1.9 kN/10 cm(≥1.5)、濾膜拉伸強(qiáng)度縱向干態(tài)為33 N/cm(≥30)和橫向濕態(tài)為29 N/cm(≥25)、濾膜滲透系數(shù)為5.9×10-4(≥5×10-4)以及濾膜等效孔徑為0.069 mm(<0.075，以O(shè)95計(jì))。

此外，塑料排水板在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)妥加保護(hù)，防止陽光照射，下沉?xí)r不得出現(xiàn)扭結(jié)、斷裂、濾膜破損或污染等現(xiàn)象；板深不小于設(shè)計(jì)要求，排水板在井口外應(yīng)伸入砂墊層50 cm以上；塑料排水板樁間距允許偏差為±150 mm，板豎直度≤1.5%H。

3.4 施工應(yīng)用過程

具體的軟基處理施工流程如圖5所示，施工過程如圖6所示。

圖5 軟基處理施工流程示意

a 場(chǎng)地平整清表

在施工過程中，砂墊層的具體要求：① 材料要求：中粗砂，粒徑為 0.5～2 mm，粘粒含泥量不大于 5%；干密度應(yīng)大于 1.5 t/m3，滲透系數(shù)應(yīng)大于 0.01 cm/s；② 可以用人工或輕型機(jī)械分層鋪填，平整度要求±8 cm；③ 插水板完工后要進(jìn)行補(bǔ)砂，保證砂層完整。

雙向土工格柵技術(shù)要求：雙向鋼塑格柵每延米縱橫向拉伸屈服力不小于 80 kN/m，標(biāo)稱伸長(zhǎng)率不超過 3%，2%伸長(zhǎng)率時(shí)的抗拉強(qiáng)度不小于 72 kN/m，結(jié)點(diǎn)厚度不小于 5 mm，結(jié)點(diǎn)極限剝離力不小于 500 N。單幅寬度不小于2 m，其縱向連接采用鉛絲綁扎，橫向可采用搭接，搭接寬度不小 0.1 m。

3.5 軟基處理施工監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)是軟基處理工程的重要組成部分,地基加固的施工過程中，通過埋入地基土中的各種儀器，可反映地基預(yù)壓荷載大小、地基的固結(jié)、沉降和位移隨時(shí)間和空間的變化。通過對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、計(jì)算，從而進(jìn)行相應(yīng)評(píng)估和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，保障了路堤填筑時(shí)的穩(wěn)定性，為合理確定預(yù)壓時(shí)間和卸載時(shí)機(jī)提供了可靠依據(jù)。項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況如圖7所示，其中I為地表沉降點(diǎn)監(jiān)測(cè)，⊙為邊樁，沉降標(biāo)在墊層鋪設(shè)施工前埋設(shè)，待墊層鋪設(shè)完成后讀取標(biāo)高數(shù)據(jù)，一般監(jiān)測(cè)斷面在軟土路基處治路段原則上按100 m間距布設(shè)，不同處治方案路段均布設(shè)。

圖7 塑料排水板堆載預(yù)壓施工過程(單位：m)

根據(jù)推薦方法進(jìn)行分析評(píng)估[18-19]，平均沉降速率路基中心沉降量≤5 mm/月(連續(xù)2個(gè)月)或者當(dāng)工后沉降量小于容許工后沉降，即橋臺(tái)與路堤相鄰處≤10 cm，涵洞及綜合管廊處≤20 cm，一般路段≤30 cm，地基固結(jié)度≥90%，即可對(duì)預(yù)壓路段軟基進(jìn)行卸載。

對(duì)萬環(huán)東路典型斷面進(jìn)行了為期16個(gè)月的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)期間的地表沉降累計(jì)變化/荷載以及表層沉降變化速率變化情況如圖8和圖9所示。

圖8 萬環(huán)東路 K1+500～K1+900 路段一般堆載預(yù)壓期間表層沉降累計(jì)曲線示意

圖9 萬環(huán)東路 K1+500～K1+900 路段表層沉降變化速率曲線示意

由圖8中可見，監(jiān)測(cè)期間內(nèi)荷載變化較為平穩(wěn)，荷載值≤60 kPa；各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間的地表沉降累計(jì)≤1 000 mm，完全滿足橋臺(tái)與路堤相鄰處、涵洞及綜合管廊處和一般路段的要求。

由圖9中可見，監(jiān)測(cè)期間內(nèi)荷載變化大概分為4個(gè)階段，即加載前2個(gè)月，荷載值有顯著增加；加載后第3個(gè)月至第5個(gè)月，荷載處于50 kPa左右，較為平穩(wěn)；加載后第6個(gè)月至第10個(gè)月，荷載處于55 kPa左右，較為平穩(wěn)；加載后第11個(gè)月之后，荷載處于60 kPa左右，保持平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間的沉降變化速率在前4個(gè)月存在較大波動(dòng)，4個(gè)月后速率基本處于平緩狀態(tài)，貼近0.0 mm/d，完全滿足沉降量≤5 mm/月(連續(xù)2個(gè)月)的要求。

4 結(jié)語

1) 萬江東路路基為軟土基地，采用“塑料排水板+砂墊層+等載預(yù)壓”施工技術(shù)，通過在軟土中打設(shè)排水板和設(shè)置水平排水系統(tǒng)，加快淤泥層在荷載作用下的排水固結(jié)，并通過填預(yù)壓土對(duì)軟基進(jìn)行預(yù)壓的方法，在較短時(shí)間內(nèi)減少或消除淤泥層的工后沉降，提高淤泥層的抗剪強(qiáng)度和承載力。

2) 對(duì)萬環(huán)東路典型斷面進(jìn)行了為期16個(gè)月的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)期間內(nèi)荷載變化較為平穩(wěn)，荷載值≤60 kPa；各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間的地表沉降累計(jì)≤1 000 mm，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間的沉降變化速率在前4個(gè)月存在較大波動(dòng)，4個(gè)月后速率基本處于平緩狀態(tài)，完全滿足橋臺(tái)與路堤相鄰處、涵洞及綜合管廊處和一般路段的要求。