市政道路工程軟土路基施工方案設(shè)計(jì)與施工控制研究

摘 要：以M市政道路為例，對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并比較軟土路基的處理方案，對(duì)其施工控制和施工效果簡(jiǎn)單探討了一番。

關(guān)鍵詞：軟土處理；施工方案；真空聯(lián)合堆載預(yù)壓

隨著改革開放的不斷深入，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到迅速的發(fā)展，相當(dāng)一部分建筑不得不建造在較松軟地基上，因此地基加固課題也越來越重要。我國(guó)真空預(yù)壓、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)加固軟土地基在工程領(lǐng)域得到了廣泛而有效的運(yùn)用，而且也得到了積極的發(fā)展。

1 項(xiàng)目概況

M市政道路為城市Ⅰ級(jí)主干路，四幅路，雙向6車道，道路設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，道路紅線寬度60米。道路設(shè)計(jì)路面使用年限為15年內(nèi)工后沉降不大于30cm。文章以BK0+000～BK0+400段為例。此擬建市政道路沿線主要為魚塘、灘涂、河涌及局部填土段。從地質(zhì)剖面圖中可以得到本段地質(zhì)主要為淤泥、填土，厚度在19～23m。

2 軟基處理施工方案設(shè)計(jì)

2.1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固機(jī)理

真空預(yù)壓是在通過抽真空來對(duì)加固區(qū)域施加壓力，除真空壓力外無其他外荷載。真空壓力通過作用于砂墊層和豎向排水體內(nèi)的孔隙流體上，并排出水和氣體，使砂墊層和豎向排水體內(nèi)的孔隙水壓力在短時(shí)間內(nèi)迅速降低，這樣豎向排水體與需加固土體間形成孔壓差，在壓差的作用下，土體中的孔隙水排出。根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理可得，由于總應(yīng)力維持不變，孔隙水壓力的降低值就是有效應(yīng)力的增加值，被加固土體施加在土體上壓力差的作用下逐漸排水固結(jié)，土體強(qiáng)度增強(qiáng)。堆載預(yù)壓法的加固機(jī)理是，孔隙水和土體空隙承擔(dān)了上部堆載土荷載作用下產(chǎn)生的附加應(yīng)力。隨著時(shí)間的推移，孔隙水壓力慢慢消散，孔隙水排出，從而使土體排水固結(jié)，強(qiáng)度得到明顯增長(zhǎng)。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓具有真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重疊加效果，由于抽真空的壓力和堆載土荷載作用，使土體中產(chǎn)生水壓力差，從而土體中的孔隙水和空氣排出，土體得到固結(jié)，進(jìn)而達(dá)到地基土加固的目的。

2.2 軟土路基的處理方案比較

項(xiàng)目所在區(qū)域地質(zhì)以灰黑色淤泥、淤泥質(zhì)土為主，土層中夾薄層砂土或淤泥質(zhì)砂，軟土層的厚度一般情況下都在10～49.5m之間，具有近山薄、近河厚的分布規(guī)律。

依照軟土層的不同情形，軟土路基處理方法也比較多樣，有淺層處理法、復(fù)合地基法、排水固結(jié)法等。淺層處理法有換填、拋石排淤等，適用于軟土層埋設(shè)淺、厚度小的情況。復(fù)合地基法有水泥攪拌樁、旋噴樁及控沉疏樁（CFG、PHC）等，施工所需周期相對(duì)較短，施工便捷見效迅速，中等厚度軟土適合采用此法，加固深度一般小于15m，相對(duì)來說造價(jià)較高。堆載預(yù)壓法常來處理比較厚淤泥和淤泥質(zhì)土地基。排水固結(jié)法用于處理深度大的土地基，軟黏土特別適合用此法處理，造價(jià)也比較合理，且對(duì)日后開挖市政管網(wǎng)也比較便利。只是，處理過程需要有預(yù)壓期，預(yù)壓需要的時(shí)間也比較長(zhǎng)，預(yù)壓的土方量也較大，工期相對(duì)較長(zhǎng)。M新區(qū)示范段路基工程軟土地基主要以飽和流塑淤泥為主，這類土的物理、力學(xué)性質(zhì)都較差，具有含水量高（60%）、壓縮性高、透水性差、強(qiáng)度低及厚度深的特點(diǎn)。

按照該市政道路所在區(qū)域飽和流塑淤泥的特性，綜合空曠的周圍環(huán)境，經(jīng)過各方面對(duì)比，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓排水固結(jié)法施工最為適宜。在軟土層地帶，尤其是在深厚軟弱土層的地區(qū)建造高速公路，真空排水預(yù)壓與自載預(yù)壓相結(jié)合的聯(lián)合加固方式是一種最為經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法作為排水固結(jié)法處理軟基的改進(jìn)方法，在堆載預(yù)壓排水固結(jié)的基礎(chǔ)上疊加真空效果，具有處理深厚淤泥效果好、造價(jià)低、相對(duì)堆載預(yù)壓時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。在天津地區(qū)采用真空排水預(yù)壓法處理軟基的工期，要比堆載預(yù)壓的工期要節(jié)省三分之一。與M新區(qū)一河之隔的新區(qū)保稅區(qū)軟土地基處理為堆載預(yù)壓，且已經(jīng)有成功的軟土處理工程案例存在。

3 施工控制

施工區(qū)在平均高程為-0.4m的河塘區(qū)域，吹填海砂至原區(qū)域高程為2.0m，再采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓軟基進(jìn)行處理。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓主要工序?yàn)椋浩秸麍?chǎng)地（吹填砂）、鋪設(shè)砂墊層、打設(shè)塑料排水板、粘土密封墻施工、埋設(shè)檢測(cè)設(shè)備儀器、鋪設(shè)真空濾管、鋪設(shè)兩布三膜、抽真空、真空穩(wěn)壓、土方堆載、靜壓、卸載。膜下真空度需穩(wěn)壓在80kPa以上、粘土密封墻的密封性能、排水板打設(shè)深度、排水板通水性能進(jìn)行及時(shí)有效的控制，堆載時(shí)必須保護(hù)密封膜防止漏氣，以及在真空堆載階的對(duì)沉降、孔隙水壓、水平位移、真空度的監(jiān)測(cè)，這些因素都對(duì)軟基處理的質(zhì)量保證十分重要。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓系統(tǒng)包括：水平排水系統(tǒng)、垂直排水系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、堆載土系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4 施工效果分析

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟基卸載后，對(duì)處理過的地基需要進(jìn)行土況檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目有：十字板剪切土體強(qiáng)度、土體含水率、孔隙比、粘聚力等。對(duì)加固前后原狀土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。通過土體加固后的檢測(cè)參數(shù)，與加固前的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，來判斷軟基處理的效果。

4.1 十字板試驗(yàn)結(jié)果分析

M路BK0+120斷面與BK0+270斷面十字板剪切土體強(qiáng)度試驗(yàn)，采用加固前的原狀土與加固后的原狀土的剪切強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，來確定真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后的軟基土體強(qiáng)度前后變化值。

結(jié)果顯示：BK0+120處十字板試驗(yàn)強(qiáng)度加固前平均值為5.82kPa，加固后平均值為29.26kPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)了大約5.03倍；BK0+270十字板試驗(yàn)強(qiáng)度加固前平均值為3.62kPa，加固后平均值為26.84kPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)了7.4倍。由此可見，土體經(jīng)過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后強(qiáng)度增長(zhǎng)值明顯。

4.2 鉆孔取土試驗(yàn)結(jié)果

鉆孔取土檢測(cè)分為軟基加固前和加固后土體的各類土工參數(shù)進(jìn)行比較來確定真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟基的能力。進(jìn)行比較的參數(shù)主要有：含水率、孔隙比、直接快剪粘聚力。BK0+120段面處的含水率加固前平均值為58%，加固后平均值為50.8%，加固后降低了13.6%；空隙比加固前平均值為1.573，加固后平均值為1.388，加固后降低了11.8%；直接快剪粘聚力加固前平均值為5.8kpa，加固后平均值為12.2kpa，加固后增長(zhǎng)了110.3%；BK0+270段面處的含水率加固前平均值為57.2%，加固后平均值為46.8%，加固后降低了18.2%；空隙比加固前平均值為1.296，加固后平均值為1.238，加固后降低了1.0%；直接快剪粘聚力加固前平均值為7.7kpa，加固后平均值為15.2kpa，加固后增長(zhǎng)了97.4%，見表1。

表1 BK0+120與BK0+270斷面取樣土含水率、

孔隙比、粘聚力統(tǒng)計(jì)表

4.3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓軟基處理后主要效果

M路BK0+00至BK0+400路段經(jīng)過十字板試驗(yàn)與鉆孔取土試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的分析，得出如下結(jié)論。

（1）真空聯(lián)合堆載預(yù)壓從十字板剪切強(qiáng)度可以看出在加固深度12～13m以下加固成效明顯減弱。所以真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的有效處理深度大概在12～13m。

（2）十字板抗剪強(qiáng)度有加固前的3.62～5.82kpa，加固后增長(zhǎng)到

50.60kpa～6.9kpa。平均增長(zhǎng)了7.70～13.20倍，土體強(qiáng)度增加成效十分明顯。

（3）本工程兩個(gè)密封段從開始抽真空到最后卸載共計(jì)經(jīng)歷了11個(gè)月，兩段最大沉降量分別為2.612m和2.936m，真空卸載是固結(jié)度為91.3%和94.0%工后沉降量為0.249m和0.243m，見表2。

從表2中可以看出工后沉降都小于30cm，滿足道路設(shè)計(jì)的要求。

含水率由加固前的47.2%～58.8%，降低到加固后的46.8%～50.8%，加固后比加固前含水率降低了18.2%～13.6%。

孔隙比由加固前的1.296～1.573，降低到加固后的1.283～1.388，加固后孔隙比比加固前降低了1.0%～11.8%。但是經(jīng)過處理后的地基孔隙比仍然處在1～1.5之間為淤泥質(zhì)粘土。

直接快剪粘聚力由加固前的5.8kpa～7.7kpa，增長(zhǎng)到加固后的12.2kpa～15.2kpa，加固后直剪粘聚力增長(zhǎng)了97.4%～110.3%。

在經(jīng)過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理之后，土體的壓縮模量由加固前的2.54～2.15Mpa提高至3.68～2.51Mpa，土體壓縮模量有了較大提高。

通過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟土加固前與加固后的比較，軟土的抗剪強(qiáng)度和粘聚力都有十分明顯的增長(zhǎng)，土體的含水率和孔隙比都明顯減低。且通過表2中通過分析固結(jié)度與工后沉降值，軟基處理效果滿足道路設(shè)計(jì)的要求。從而可以看出真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理淤泥土軟基的成效還是比較顯著的，可以大幅提高軟土的承載力滿足道路路基的要求。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理淤泥土軟基是一種比較理想的處理方法。

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