關(guān)于水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)加固道路軟土地基研究

胡肖

摘要：在軟土地基上修建道路，需要進(jìn)行地基處理以保證路基的穩(wěn)定性、減少工后沉降及差異沉降。目前常用的方法是堆載預(yù)壓排水固結(jié)法，該方法的特點是施工簡單、技術(shù)成熟。通常采用土作為堆載材料，預(yù)壓完成后需清除超載部分填土。對于路線長的道路工程，特別是在缺乏土資源的三角洲水系發(fā)達(dá)地區(qū)，堆、卸施工消耗大量的土地資源，施工周期長、能耗高、成本高，且易造成周邊環(huán)境污染。能否因地制宜，改變一下常規(guī)的堆載方法，采取底層填土，上部利用水荷載的堆載預(yù)壓方式，即采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓法呢？該技術(shù)如能實現(xiàn)，可大量節(jié)約土資源和機械設(shè)備能耗，加快工程進(jìn)度，產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：軟土地基；水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)；加固

前言

某工程全長16.1Km，線路位于珠江三角洲沖擊平原上，沿線河流、溝渠縱橫交錯，水系發(fā)達(dá)，地下水位高。其地址條件為：地面上層為人工填土、素填土及根植土，厚度為0.5～4.7m；其下為第四系沖積層，主要為粘土層、淤泥層、淤泥質(zhì)土層、淤泥質(zhì)混砂層、粘土混砂層、中細(xì)砂、中粗砂等，淤泥土層的厚度為5.0～14.7m；再下是第四系沖積層一粘土層，基巖為強風(fēng)化、弱風(fēng)化及微風(fēng)化的泥巖。

按原設(shè)計要求，除差異沉降較大的橋頭過渡段和對承載力要求較高的結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁加固外，其余路基范圍均采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法對淤泥軟弱地基進(jìn)行加固處理，路基平均處理寬度為66m，預(yù)壓土厚度為2m，需進(jìn)行軟基處理路基的最大縱坡1%。因取土的平均運距在30Km以外，運土需經(jīng)過四個鎮(zhèn)區(qū)，堆土和卸土成本高達(dá)36.4元/m³。為了降低成本、節(jié)約能耗、加快施工進(jìn)度，減少對道路及周邊環(huán)境的污染，并充分利用當(dāng)?shù)氐乃Y源，項目部與業(yè)主及監(jiān)理協(xié)商決定改變原設(shè)計方案，采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓方案加工道路軟基，在保證工程質(zhì)量的前提下，減少土方用量，達(dá)到既節(jié)能、環(huán)保又經(jīng)濟(jì)的目的。

1 施工工藝研究

1.1 施工工藝

（1）清除地表雜草、塘埂、垃圾塊石等，平整場地，調(diào)整場地標(biāo)高形成工作面。

（2）回填不小于0.5m厚砂墊層，搭設(shè)塑料排水板，塑料板件距1.1～1.3m，正三角形布點，長度根據(jù)實際情況而定。

（3）做盲溝、集水井，對于魚塘部位預(yù)先筑堤排水，家鋪土工布。

（4）埋設(shè)監(jiān)測儀器。

（5）分層填土碾壓、完成路堤填筑后回填堆載預(yù)壓土，預(yù)壓土同樣采用分層碾壓，其填筑厚度為1m。

（6）修筑堤圍，鋪設(shè)隔水土工膜，隨后施工堆水荷載，高度為1.75m。

（7）施工過程進(jìn)行淺層沉降、深沉水平位移監(jiān)測，以控制加載速率和預(yù)壓時間并確定卸載時間。

（8）拆除泄水管，防水泄壓。

1.2

施工工藝流程圖

1.3 施工工藝要點

（1）圍堰的分倉設(shè)計：為了實現(xiàn)水荷載平穩(wěn)的施加及加、卸載的方便快捷，沿路線方向連續(xù)設(shè)置長度為50m的圍巖，其寬度為軟土路基處理寬度（堆載截面的設(shè)計與尺寸確定），見圖1a。

（2）堆水防滲漏措施：選用高韌性塑料膜（真空預(yù)壓膜），實現(xiàn)水土的分隔并防滲漏。

（3）沉降觀測點的保護(hù)及集水井抽水的正常實施。與沉降觀測點和集水井位置修筑橫向堤圍，堤圍的高度與左右邊堤高度相同，且頂寬不小于1m，方便觀測沉降和抽水操作。

1.4 水超載設(shè)計的注意事項

（1）圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計：水超載設(shè)計中最關(guān)鍵的一點就是圍堰設(shè)計（見圖）。按設(shè)計給出的堆載土容重17.5KN/m³，1m堆土高度換算為等載水深1.75m，確定圍堤高為2m，根據(jù)其底部收到的靜水壓力，圍堰設(shè)計頂寬取1.2m，外邊坡破率為1：1.15，內(nèi)側(cè)邊坡采用1：0.75，保證圍堰在滿水后安全。

（2）施工期路堤整體穩(wěn)定性。由原設(shè)計方案，考慮路堤最大填高為4m，堆載填土1m，圍堰高2m，經(jīng)計算（按最不利地質(zhì)因素考慮）滑動安全系數(shù)為1.585，整體穩(wěn)定。

（3）隔水土工膜由工程定制，分倉整體鋪設(shè)。鋪設(shè)前清理干凈石塊、樹根等硬物，防注水過程中扎破土工膜，發(fā)生滲漏。

（4）預(yù)壓水位保持措施。為防止下雨水高漫過堰頂，在每個儲水池中設(shè)置一條泄水管（φ 200PVC管），其管高1.75m，當(dāng)水位高過1.75m時，自動溢流保持恒定水位。

（5）在水池四周設(shè)置1.2m高圍欄，禁止在水池中游泳戲水，確保安全。

2 材料與設(shè)備

所需設(shè)備、材料見表2-1、2-2

3 路基加固效果分析

3.1 現(xiàn)場檢測資料分析

為了研究水土聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土路基效果，指導(dǎo)制定合理的加載施工方案，在現(xiàn)場埋設(shè)大量的監(jiān)測儀器，并進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，主要分析淺層沉降和深層側(cè)向位移規(guī)律。

3.2 淺層沉降的變化規(guī)律分析

（1）淺層沉降隨時間變化規(guī)律是路堤控制施工進(jìn)度和安排后期施工重要指標(biāo)，也是加固效果直接反應(yīng)。為此在路基中線位置砂墊層（砂墊層位于原地基場地整平面和路堤地面之間）設(shè)置淺層沉降板，監(jiān)測水土聯(lián)合堆載前后沉降變化規(guī)律。因沉降監(jiān)測點較多，選取沉降值較大且有代表性的兩個測點A、B（測點所處樁號為K6+903、K7+882）的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。

從以上圖中可以得知，在水土聯(lián)合堆載初期沉降曲線較陡，到卸載前的一個月內(nèi)，沉降曲線趨于水平；監(jiān)測點的最大沉降發(fā)生在B測點，為812.12mm，測點A最大沉降大703.36mm，可以看出兩個測點位置對應(yīng)的路堤斷面分別經(jīng)過644天和575天堆載預(yù)壓加固后，沉降趨于穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果。

（2）從沉降速率分析軟基加固效果：

由沉降速率圖分析，A、B兩測點最大沉降速率分別為34.58mm/d和35.31mm/d，均發(fā)生在堆載加壓初期，在卸載前的半個月內(nèi)平均沉降速率均小于0.25mm/d，說明軟基沉降基本穩(wěn)定。

3.2 深沉水平位移的變化規(guī)律

在路堤交工面位置對應(yīng)的路肩處設(shè)置測斜管（樁號K6+903），監(jiān)測各土層特別是深層淤泥層的水平方向位移，監(jiān)測時間為18個月。如圖可知，土體水平位移均指向路堤外側(cè)，卸載前最大位移發(fā)生在3.0m處，為42.4m；隨深度的增加側(cè)向位移逐漸收斂，各個觀測時間點深12m處水平位移趨于零。同時加載初期位移較大，加載后期位移增幅較小，暫趨穩(wěn)定分析。如下圖4.2：

3.3 原位測試檢驗

對軟土排水加固層進(jìn)行十字板剪切試驗（見圖4.3-1和圖4.3-2），加固后的抗剪強度均大于加固前，其增幅為35%～80%。

3.4 處治前后土性指標(biāo)對比

對沿線加固段各類土體（以淤泥和淤泥質(zhì)土為主）開展了大量的土工試驗，選取典型處治斷面K7+503進(jìn)行分析，比較加固前后各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)（見下表）：含水量由70%～85%降為47%～65%，容重容重也大幅提高，孔隙比由1.8～2.3降為1.2～1.7，凝聚力和內(nèi)摩擦角均有不同程度增大，各項強度指標(biāo)均顯著改善，說明通過水土聯(lián)合堆載預(yù)壓加固后效果明顯，達(dá)到設(shè)計要求。

4 質(zhì)量控制

（1）施工前對工人進(jìn)行施工技術(shù)交底，對該工法的流程及施工中應(yīng)注意的事項詳細(xì)講解，嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行各工序施工，確保其質(zhì)量符合要求。

（2）堆載土的選擇一定要滿足路基填料要求，并嚴(yán)格按照設(shè)計路床壓實度要求進(jìn)行碾壓。

（3）按要求及時抽排集水井中的水，保證預(yù)壓效果。

（4）隔水高韌性塑料膜在工廠按分倉尺寸用專用膠水粘合成整塊，運至施工現(xiàn)場進(jìn)行鋪設(shè)。

（5）預(yù)壓水位保持措施。為防下雨水高漫過堰頂，在每個儲水池中設(shè)置一條瀉水管（φ200PVC管），自動溢流保持恒定水位。

5 安全措施

（1）施工前對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行詳細(xì)的安全交底。

（2）施工過程中嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行，確保施工安全。

（3）當(dāng)圍堰水平位移值超限時，要暫?；驕p緩圍堰的填筑，必要時增設(shè)反壓護(hù)道，防止圍堰滑移。

（4）在鋪設(shè)隔水高韌性塑料膜前要清除塊石、樹根等雜物，防止刺穿塑料膜，引起滲漏水。

（5）在圍堰周邊設(shè)置1.2m高圍欄及警示標(biāo)識，有專人巡查，禁止游泳、戲水。

6 環(huán)保措施

（D嚴(yán)格執(zhí)行國家和地方相關(guān)的環(huán)保政策和法規(guī)，自覺接受環(huán)保部門的監(jiān)督檢查。

（2）取、棄土場的手續(xù)齊全，按規(guī)定做好植被恢復(fù)和環(huán)保工作，嚴(yán)禁亂挖亂棄，防止水土流失。

（3）采用有蓋車輛運土，防止泥土灑落污染道路。

（4）做好施工場地的臨時排水，防止雨水沖刷邊坡污染周邊環(huán)境。

（5）加強機械保養(yǎng)，降低機械噪聲等級，減少對周邊居民的干擾。

（6）防止施工機械廢油流入預(yù)壓水池或周邊溝渠，污染水源。

7 資源節(jié)約

（1）采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓法與設(shè)計提供的土堆載預(yù)壓法施工節(jié)約工期分析：

原設(shè)計堆載土為31.6萬M³，卸載土約15萬M³，堆載用時37天，卸載用時15天，共計52天；采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工，堆載土20.6萬M³，卸載土約3.5萬M³，堆載用時24天，卸載用時8天，共計32天。兩種方法對比，水土聯(lián)合堆載預(yù)壓法節(jié)約了時間20天。

（2）采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工節(jié)約費用分析：詳見表8.2

8 結(jié)語

采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓加固道路軟土地基效果明顯，各項指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求，工后沉降小，竣工驗收評定為優(yōu)良工程，獲得了業(yè)主、監(jiān)理的一致好評，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益。