有無(wú)硬殼層袋裝砂井處理軟土地基現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

徐遠(yuǎn)青

摘 要：針對(duì)軟土路基有無(wú)硬殼層的特點(diǎn)，根據(jù)廣東某高速公路袋裝砂井軟土路基現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別選取代表性的監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行分析，得出：有上覆硬殼層路段的沉降滯后于荷載加載。有上覆硬殼層路段的地表側(cè)向位移較小，隨著深度的增加，側(cè)向位移逐漸增加，在軟土層內(nèi)側(cè)向位移達(dá)到最大;無(wú)上覆硬殼層路段的地表側(cè)向位移最大，隨著深度的增加，側(cè)向位移逐漸減小。有上覆硬殼層的軟土孔隙水壓力大于無(wú)上覆硬殼層的軟土孔隙水壓力。有無(wú)上覆硬殼層對(duì)袋裝砂井處理效果有顯著的影響。

關(guān)鍵詞：軟土路基;袋裝砂井;硬殼層;現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè);數(shù)據(jù)分析

0 引言

軟土具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性的特點(diǎn)，表現(xiàn)出抵抗剪強(qiáng)度低、低滲透性、地承載力低等特征[1-3]。在軟土上直接修筑路基容易產(chǎn)生不均勻沉降，嚴(yán)重影響路基的安全和使用壽命，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理，才能滿足工程建設(shè)需要。袋裝砂井堆載預(yù)壓法作為處理軟土地基常用方法，和復(fù)合地基處理法相比，其從根本上改變地基的物理力學(xué)性能從而提高地基承載力，具有施工方法簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，效果顯著，在國(guó)內(nèi)的軟基處理工程中得到廣泛的應(yīng)用研究[4-5]。但是對(duì)于有無(wú)硬殼層袋裝砂井沉降分析研究比較匱乏。

為此，本文結(jié)合廣東某高速公路袋裝砂井軟土地基處理工程實(shí)踐，分析袋裝砂井堆載預(yù)壓法在有無(wú)硬殼層路段的處理效果及特點(diǎn)。

1 工程簡(jiǎn)介

廣東沿海某高速公路軟土路基中有較好硬殼層的路段約4 km，其余軟土路段硬殼層較差（可視為無(wú)硬殼層）。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，項(xiàng)目范圍內(nèi)的軟土主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)砂，其物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見表1。上覆地層主要為砂層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及基巖風(fēng)化殘積土。

根據(jù)軟土地基有無(wú)上覆硬殼層，本文選取硬殼層路段、無(wú)硬殼層路段各一個(gè)代表性監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行研究。硬殼層路段選取K13+380監(jiān)測(cè)斷面為分析斷面，該斷面自上而下依次劃分為：①粉砂，層厚3.0 m，②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚14.4 m，③中砂，層厚3.7 m;無(wú)硬殼層路段選取K15+450監(jiān)測(cè)斷面為分析斷面，該斷面自上而下依次劃分為：①耕植土，層厚0.5 m，②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚4.5 m，③粉質(zhì)黏土，層厚3.1 m，④強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)砂巖，層厚3.3 m。

2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

為確保軟土地基處理達(dá)到預(yù)期效果，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括地表沉降、路基水平位移、孔隙水壓力等，監(jiān)測(cè)儀器布置如圖1所示。

2.1 地表沉降

采用鉆孔埋設(shè)沉降計(jì)監(jiān)測(cè)地表沉降。在路基填筑施工前，分別在路基中線、左右路肩處鉆孔埋設(shè)沉降計(jì)。將沉降計(jì)測(cè)桿一端固定在地基深部的沉降影響區(qū)以外，另一端固定在地表，通過兩點(diǎn)之間的距離變化來反映地表的沉降，不受路基填土影響。

2.2 路基水平位移

采用位移計(jì)監(jiān)測(cè)路基水平變形情況，當(dāng)路基發(fā)生水平位移時(shí)，坡腳法蘭固定盤與路基坡腳同步位移，使傳感器的活動(dòng)導(dǎo)磁體在其磁通感應(yīng)線圈內(nèi)發(fā)生相對(duì)滑移，通過讀數(shù)儀測(cè)出位移量，實(shí)現(xiàn)路基內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)目的。

2.3 路基深層水平位移

采用測(cè)斜管監(jiān)測(cè)路基深層水平位移情況，測(cè)斜管彎曲性能應(yīng)以適應(yīng)被測(cè)土體的位移情況為適宜。測(cè)斜管埋設(shè)于路堤邊坡坡趾（坡腳）外緣0.5 m～1.0 m的位置，測(cè)斜管底部深度應(yīng)置于硬土層中1 m～3 m。

2.4 孔隙水壓力

采用振弦式滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)地基中軟土的超靜孔隙水壓力消散情況。埋設(shè)時(shí)，應(yīng)采用一孔單只孔壓計(jì)埋設(shè)方法。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

自2017年6月開始觀測(cè)，K13+380及K15+450監(jiān)測(cè)斷面主要監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

3.1 地表沉降監(jiān)測(cè)分析

從圖2中的沉降曲線可知，左路肩的沉降量遠(yuǎn)大于右路肩及路基中線的沉降量;由于同一斷面軟土性狀差異較大，在荷載相同的情況下，同一斷面產(chǎn)生較大的差異沉降。路基在完成預(yù)壓后的短時(shí)間內(nèi)地表沉降還是按上一級(jí)荷載沉降速率繼續(xù)沉降，而后沉降速率變緩逐漸收斂，沉降曲線具有明顯的拐點(diǎn)。從預(yù)壓完成時(shí)間與沉降曲線拐點(diǎn)時(shí)間看，沉降明顯滯后荷載的加載，由于該監(jiān)測(cè)斷面具有良好的硬殼層，硬殼層對(duì)軟土沉降具有滯后性，造成沉降滯后荷載加載。

從圖3中的沉降曲線可知，該沉降曲線為典型的軟土路基加載沉降曲線。由于同一斷面軟土性狀差異較大，在荷載相同的情況下，同一斷面產(chǎn)生較大的差異沉降。與圖2對(duì)比可知，硬殼層軟土路基沉降曲線具有明顯的拐點(diǎn)，且沉降滯后荷載加載。

3.2 地表水平位移監(jiān)測(cè)分析

從圖4可知，隨著路基填土荷載的增加，地表水平位移始終保持較小的數(shù)值，始終處于10 mm的范圍內(nèi);路基荷載作用于硬殼層時(shí)，硬殼層強(qiáng)度及剛度較大、結(jié)構(gòu)性較好，產(chǎn)生的變形較小。硬殼層向下沉降變形時(shí)，除了能夠?qū)⒊惺艿暮奢d傳遞到更大的面積上，減少軟土單位面積上承受的荷載，同時(shí)對(duì)下臥的軟土具有良好的封閉作用，限制下臥軟土變形。綜合上述因素硬殼層路段地表水平位移較小。

從圖5可知，隨著路基填土荷載的增加，地表水平位移逐漸增加，荷載沉降曲線收斂時(shí)，地表水平位移達(dá)到最大，并趨于穩(wěn)定。在無(wú)硬殼層的軟土區(qū)域，由于軟土具有較強(qiáng)的流變性，在受到荷載時(shí)，除了發(fā)生垂直沉降以外還會(huì)發(fā)生水平位移，故無(wú)硬殼層軟土路基的水平位移較大。與圖4對(duì)比可知，在硬殼層較好的區(qū)域，地表水平位移很小;在無(wú)硬殼層的區(qū)域，地表水平位移較大，硬殼層可以很好的限制地表位移。

3.3 空隙水壓力分析

從圖6可知，當(dāng)路基荷載增加時(shí)，空隙水壓力也隨之增大，而后緩慢減小;隨著荷載的逐漸增大，空隙水壓力出現(xiàn)負(fù)值的情況，并持續(xù)一定時(shí)間;在荷載增大到一定程度后，孔隙水壓力恢復(fù)正值。在受到荷載作用作用前期，硬殼層傳遞給軟土層附加應(yīng)力小于其抗剪強(qiáng)度，軟土僅發(fā)生壓縮變形，產(chǎn)生超孔隙水壓力，此時(shí)空隙水壓力表現(xiàn)為正值;隨著荷載增大，硬殼層傳遞給軟土層附加應(yīng)力大于其抗剪強(qiáng)度，軟土不僅發(fā)生壓縮變形，而且也發(fā)生剪切變形，當(dāng)剪切變形大于壓縮變形時(shí)，表現(xiàn)出的孔隙水壓力為負(fù)值;荷載繼續(xù)增大時(shí)，硬殼層的封閉作用限制軟土變形，壓縮變形大于剪切變形，表現(xiàn)出的孔隙水壓力為正值。

從圖7可知，隨著荷載的增加，軟土層孔隙水壓力處于一個(gè)較低穩(wěn)定的狀態(tài)。由于沒有硬殼層的影響，軟土層在受到荷載時(shí)，超孔隙水通過袋裝砂井排出，使得軟土中孔隙水處于較低的水平，確保路基的穩(wěn)定。與圖6對(duì)比可知，無(wú)硬殼層軟土地基中的孔隙水壓力比硬殼層路段孔隙水壓力小;無(wú)硬殼層路段軟土含水量較小，硬殼層路段軟土含水量較大;有無(wú)硬殼層對(duì)軟土孔隙水影響較大，對(duì)袋裝砂井的處理效果影響較大。

3.4 深層位移監(jiān)測(cè)分析

從圖8可知，K13+380斷面地表側(cè)向位移較小，隨著深度的增加，側(cè)向位移逐漸增加，在軟土層中側(cè)向位移達(dá)到最大。硬殼層將荷載傳遞至軟土層，在軟土的強(qiáng)度較低、流動(dòng)性強(qiáng)的特性下，最大側(cè)向位移發(fā)生在深處的軟土中;硬殼層強(qiáng)度及剛度較大、結(jié)構(gòu)性較好的特點(diǎn)，地表的側(cè)向位移較小。

從圖9可知，K15+450斷面地表側(cè)向位移較大，隨著深度的增加，側(cè)向位移逐漸減小。在荷載作用下，由于軟土的高靈敏度、強(qiáng)流動(dòng)性，地表側(cè)向位移最大。與圖8對(duì)比可知，硬殼層路段，路基的最大側(cè)向位移發(fā)生在路基深度，無(wú)硬殼層路段最大側(cè)向位移發(fā)生在地表。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)K13+380、K15+450監(jiān)測(cè)斷面分析結(jié)果可得，無(wú)論軟土層上有無(wú)上覆硬殼層，袋裝砂井預(yù)壓處理都具有良好的排水固結(jié)效果。同時(shí)根據(jù)軟土層上有無(wú)上覆硬殼層，得出以下結(jié)論：

（1）有上覆硬殼層路段的軟土路基加載沉降曲線具有明顯的拐點(diǎn)，且沉降滯后荷載加載。

（2）有上覆硬殼層路段的軟土路基地表位移較小，隨著深度的增加，側(cè)向位移逐漸增加，在軟土層內(nèi)側(cè)向位移達(dá)到最大;無(wú)上覆硬殼層路段的軟土路基地表位移較大，隨著深度的增加，側(cè)向位移逐漸減小，在地表側(cè)向位移達(dá)到最大。

（3）在硬殼層厚度確定的情況下，隨著荷載的增加，軟土中的孔隙水壓力相應(yīng)的加大;在荷載填筑過程中，軟土中的孔隙水壓力變化明顯。有上覆硬殼層軟土層孔隙水壓力大于無(wú)上覆硬殼層軟土層孔隙水壓力。

（4）軟土路段有無(wú)上覆硬殼層對(duì)袋裝砂井處理有顯著的影響。

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