劉運(yùn)興，楊永民，楊智誠(chéng)

（1、深圳市港嘉工程檢測(cè)有限公司 深圳 518126；2、仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 廣州 510225）

關(guān)鍵字：軟土地基；塑料排水板；表沉降值；路基軟土

0 引言

我國(guó)海岸線綿長(zhǎng)，在河道入?？诙嗍菦_積形成的三角洲，該類三角洲地帶以飽水的軟弱黏性土沉積為主。軟土包括飽水的軟弱黏性土和淤泥，在軟土地基上修建公路時(shí)，容易產(chǎn)生路堤失穩(wěn)或沉降過大等問題，為此，要進(jìn)行軟基處理，主要是為了提高該段公路路基的穩(wěn)定性和承載能力［1-3］。軟土地基的處理應(yīng)根據(jù)軟土、游泥的物理力學(xué)性質(zhì)，埋層深度，路堤高度材料場(chǎng)地情況，公路等級(jí)等因素分別采取換土、拋石擠游、反壓護(hù)道、滲水、土工材料、塑料排水板、粉噴樁、碎石樁、超載預(yù)等措施進(jìn)行處理［4-8］。

堆載預(yù)壓法控制沉降技術(shù)，也是目前國(guó)內(nèi)外所廣泛使用的地基處理技術(shù)之一［9-11］。堆載預(yù)壓法中最先出現(xiàn)的是砂井載預(yù)壓法，于1925 年由莫蘭（MORAN）提出［12-13］，就是通過在地面上堆載，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。堆載預(yù)壓法通常由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成，排水系統(tǒng)一般由水平向排水墊層和豎向排水通道組成［14］。由于該法施工簡(jiǎn)單，技術(shù)施工要求不高，做法靈活，可同其他方法聯(lián)合處理地基，例如真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法、堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯法等，無(wú)需特殊的施工機(jī)具，地基處理成本低。但使用該法處理地基工期較長(zhǎng)，現(xiàn)在建設(shè)工程工期緊促，常聯(lián)合其他方法共同使用處理地基，提高加固效率。飽和軟黏土在沿海地區(qū)分布廣泛，具有含水量高、孔隙比大、滲透性低，壓縮性高等特性［15-16］，在荷載作用下軟土地基會(huì)產(chǎn)生過大的沉降和沉降差。為了研究采用塑料排水板堆載預(yù)壓聯(lián)合方法處理三角洲地區(qū)軟土地基時(shí)的沉降變形規(guī)律并對(duì)沉降的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，本文就位于珠江三角洲地區(qū)的廣州南沙某公路軟土路基處理過程，通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地表沉降、水平位移、孔隙水壓力變化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析，指導(dǎo)路堤施工工作，對(duì)可能出現(xiàn)的不利情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，控制軟土地基加載速率，確保施工安全。通過收集現(xiàn)場(chǎng)資料，經(jīng)過整理可以推算出工程區(qū)的固結(jié)度等土性指標(biāo)，最終作出效果評(píng)價(jià)。對(duì)采用塑料排水板堆載預(yù)壓聯(lián)合方法處理后的軟基進(jìn)行研究，以期獲得沉降規(guī)律并提出有效的預(yù)測(cè)方法，可供類似工程參考。

1 塑料排水板堆載預(yù)壓處理軟土地基變形情況分析

1.1 工程概況

某公路設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)為WHK0+000（八涌北側(cè)），起點(diǎn)坐標(biāo)為（X=182 448.533，Y=70 193.552），設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)為WHK4+000（十一涌東南側(cè)），終點(diǎn)坐標(biāo)為（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 753695延米，引孔量92904m，雙向土工格柵184285m2，底砂墊層99022m3，回填沙土29837m3，預(yù)壓土300434m3，沉降及寬填補(bǔ)方151 077 m3。水塘路基長(zhǎng)600 m，沙袋長(zhǎng)921 m，圍堰體積5 865 m3。路基軟基工程全線（除九涌、十涌、十一涌橋梁段外）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。

1.2 軟基處理施工監(jiān)測(cè)方案

本文研究監(jiān)測(cè)斷面WHDK1+560 和WHDK1+860兩個(gè)斷面，在兩個(gè)斷面中的坡腳、路肩、路中、路肩和坡腳分別布置了測(cè)點(diǎn)，具體布置如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布Tab.1 Monitoring Section and Monitoring Point Distribution

1.3 地表沉降規(guī)律分析

1.3.1 典型土層沉降規(guī)律

K1+560 和K1+860 兩個(gè)斷面路堤分層填筑過程中的沉降-荷載-時(shí)間關(guān)系如圖1 和圖2 所示?？梢?，在加載初期沉降曲線較緩，說明沉降速率小，固結(jié)速率慢：隨著荷載的增加，塑料排水板的排水速率加快，沉降速率明顯增大，土體固結(jié)加快：在預(yù)壓后期，曲線又變得平緩，沉降速率又變小。此時(shí)本工程路基進(jìn)入以次固結(jié)為主的階段?？梢钥闯?，差異沉降存在且明顯，路中沉降比左右路肩的沉降大，主要是因?yàn)槁分谐惺艿暮奢d較大。

圖1 某公路K1+560斷面FC5分層沉降累計(jì)變化-時(shí)間變化曲線Fig.1 Cumulative Change-time Change Curve of FC5 Layered Settlement at K1+560 Section of a Road

圖2 某公路K1+860斷面FC6分層沉降累計(jì)變化-時(shí)間變化曲線Fig.2 Cumulative Change-time Change Curve of FC6 Layered Settlement at K1+860 Section of a Road

由圖1可見，在K1+560位置的FC5，各測(cè)點(diǎn)的沉降在前4個(gè)月沉降迅速增大，路中沉降高達(dá)500 mm，之后沉降逐漸變小區(qū)域穩(wěn)定，最終的沉降值達(dá)到896 mm。采用本方法處理軟土地基的一個(gè)特征是在施工期沉降能基本完成，工后沉降較小，這對(duì)公路的建設(shè)有利。由圖2可見，在K1+860位置的FC6，各測(cè)點(diǎn)的沉降在前4個(gè)月沉降迅速增大，路中沉降高達(dá)437 mm，之后沉降逐漸變小區(qū)域穩(wěn)定，最終的沉降值達(dá)到750 mm。

由表2中可見，路中沉降最大，路肩沉降較小。不同樁號(hào)的路基沉降規(guī)律基本一致。

表2 各個(gè)斷面的分層沉降統(tǒng)計(jì)值Tab.2 Statistical Values of Layered Settlement of Each Section

1.3.2 地表土層沉降規(guī)律

從圖3 和圖4 中可以看出，和分層沉降的曲線一致，在加載初期沉降曲線較緩，說明沉降速率小，固結(jié)速率慢：隨著荷載的增加，塑料排水板的排水速率加快，沉降速率明顯增大，土體固結(jié)加快：在預(yù)壓后期，曲線又變得平緩，沉降速率又變小。此時(shí)本工程路基進(jìn)入以次固結(jié)為主的階段，路中沉降比左右路肩的沉降大。

圖3 某道路K1+560斷面地表沉降累計(jì)變化-時(shí)間變化曲線Fig.3 Cumulative Change-time Curve of Surface Subsidence of K1+560 Section of a Road

圖4 某道路K1+860斷面地表沉降累計(jì)變化-時(shí)間變化曲線Fig.4 Cumulative Change-time Curve of Surface Subsidence of K1+860 Section of a Road

由圖3 可見，在K1+560 各測(cè)點(diǎn)的沉降在前4 個(gè)月沉降迅速增大，路中沉降高達(dá)800 mm，之后沉降逐漸變小區(qū)域穩(wěn)定，最終的沉降值達(dá)到1 000 mm。在K1+860 各測(cè)點(diǎn)的沉降在前4 個(gè)月沉降迅速增大，路中沉降高達(dá)850 mm，之后沉降逐漸變小區(qū)域穩(wěn)定，最終的沉降值達(dá)到1 000 mm。由表3 可見，不同的斷面沉降稍有不同，但規(guī)律基本一致。

表3 一般堆載預(yù)壓路段最新監(jiān)測(cè)沉降統(tǒng)計(jì)Tab.3 The Latest Monitoring Settlement Statistics of General SurchargePreloading Sections

此路段2019年8月10日左右打完排水板，8月15日鋪設(shè)完土工格柵；8 月20 開始土方堆載施工；累計(jì)堆載預(yù)壓施工約480 d，累計(jì)恒載預(yù)壓施工約380 d；目前卸載前路基頂中心現(xiàn)測(cè)標(biāo)高：K1+560斷面為8.226 m，K1+860 斷面為7.554 m，路中已累計(jì)填筑厚度約2.6～3.5 m，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)標(biāo)高K1+560 為7.832 m，K1+860 為7.518 m，目前恒載卸載前測(cè)得路中標(biāo)高，基本符合設(shè)計(jì)圖紙路中標(biāo)高。

1.4 水平位移規(guī)律分析

地基土體在受到填土壓力作用后，在發(fā)生豎向固結(jié)沉降時(shí)，也會(huì)發(fā)生水平向的位移及變形。塑料排水板雖然加快了土體排水，當(dāng)加載速度過快時(shí)，剪切應(yīng)力對(duì)土體影響較大，會(huì)發(fā)生側(cè)向變形。但是加載過程中地基土體的側(cè)向約束將減小，為確保避免出現(xiàn)地基滑動(dòng)。故在施工監(jiān)測(cè)中測(cè)斜監(jiān)測(cè)也是有效手段之一，地基土的變形分析也需要利用水平位移數(shù)據(jù)。

從圖5、圖6 可以看出，由于荷載的增加，側(cè)向位移會(huì)隨之增大，在高程深度小于5.0 m 時(shí)隨深度變化位移增加明顯；當(dāng)深度大于5.0 m 時(shí)，隨著高程的降低，側(cè)向位移也隨之減小，到20.0 m 處位移可以忽略。通過觀測(cè)可以看出，側(cè)向位移主要是發(fā)生在淤泥質(zhì)軟土區(qū)域，最大值發(fā)生在地表以下3.0～7.0 m 處，這兩個(gè)斷面的最大位移量分別為210.2 mm、32.0 mm。各測(cè)點(diǎn)水平位移累計(jì)值如表4所示。

圖5 某道路K1+500～K1+900 路段分層沉降累計(jì)曲線Fig.5 The Cumulative Curve of Layered Settlement of the K1+500～K1+900 Section of a Road

圖6 某道路K1+500～K1+900 路段位移邊樁累計(jì)曲線Fig.6 The Cumulative Curve of Displacement Side Piles in the K1+500～K1+900 Section of a Road

表4 K1+560和KA+860位移值Tab.4 K1+560 and KA+860 Displacement Values

在填筑早期，側(cè)向位移發(fā)展緩慢但隨著時(shí)間推移，在填筑中期，荷載穩(wěn)定增長(zhǎng)，側(cè)向位移開始迅速發(fā)展；在填筑末期，土體固結(jié)基本完成，軟土地基的有效應(yīng)力已增長(zhǎng)，土體強(qiáng)度增強(qiáng)，產(chǎn)生的側(cè)向位移在變化緩慢，這與豎向位移的3個(gè)階段類似。

2 結(jié)論

⑴軟土地基施工期間，初期是沉降的發(fā)生階段，路堤在填筑前期沉降小，土體發(fā)生彈性變形；填筑中期沉降速率大，此時(shí)隨著荷載的不斷增加，軟土地基會(huì)發(fā)生塑性變形，土骨在架破壞后進(jìn)行重新排列；在路堤填筑末期，沉降仍在繼續(xù)發(fā)生，但沉降速率逐漸減緩，隨著孔隙水的不斷排除，地基的有效應(yīng)力增長(zhǎng)，直到沉降速率趨近于0。

⑵ 本工程側(cè)向位移主要發(fā)生在高程為（-4）～（-7）m 內(nèi)，在深度大于7 m 時(shí)，隨著深度的增加，該值又開始減小。路堤加載初期側(cè)向位移速率緩慢，說明在施工加載的前期，土體主要發(fā)生彈性變形，土體產(chǎn)生的剪切位移很小；施工中期，側(cè)向位移增長(zhǎng)速度迅速加快；在填筑末期，軟基的有效應(yīng)力已經(jīng)接近穩(wěn)定，土體強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，產(chǎn)生的側(cè)向位移也在慢慢變小。

⑶采用塑料排水板處理軟土地基，可以使軟土地基的大部分沉降在填筑期基本完成，分層總和法計(jì)算工后沉降量少，穩(wěn)定系數(shù)滿足要求，采取的處理軟土的方式是可行的，能滿足各項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)定。