堆載預(yù)壓法在深厚軟土路基處理中的應(yīng)用

文／付星華 廣東中山地質(zhì)工程勘察院 廣東中山 528400

引言：

珠江三角洲流域普遍分布有深厚軟土層，尤其西岸的珠海地區(qū)淤泥和淤泥質(zhì)土廣布，且厚度較大，軟土具有高含水率、高壓縮性、大孔隙比、抗剪強度低、滲透性差、結(jié)構(gòu)性強、欠固結(jié)、呈流塑狀態(tài)等工程特性，在深厚軟土地基上修建路基易導(dǎo)致過大的工后沉降，嚴重時出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。國內(nèi)規(guī)范對軟土地區(qū)路堤的工后沉降和穩(wěn)定安全系數(shù)提出了嚴格要求，深厚軟土路基常采用堆載預(yù)壓法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法、水泥攪拌樁、素混凝土樁和管樁等進行處理。本文以珠海地區(qū)某主干路為研究對象，通過對比處理前后軟土性能指標的變化來評判軟基處理效果，通過監(jiān)測手段獲得工后沉降數(shù)據(jù)及變化規(guī)律，采用可靠的沉降預(yù)測方法預(yù)測路基工后沉降，研究成果可為類似工程路基處理提供參考。

1、工程概況

1.1 項目概況

某城市主干路道路紅線寬度50m，雙向六車道，設(shè)計行車速度60km/h，設(shè)計長度約2.877km，擬建道路場地現(xiàn)狀為魚塘等低洼地貌，需要進行場平填土后方能修建路基，路基下分布有深厚淤泥層和淤泥質(zhì)土層，采用堆載預(yù)壓法進行軟土路基處理。堆載預(yù)壓法設(shè)計參數(shù)如下：

采用SPB100-C 型塑料排水板，間距1.2m，正三角型布置，平均板長23m。水平排水砂墊層采用中粗砂，厚度60cm，其中粗砂含量不少于30%。整平標高2.9m，堆載土厚度3.5m，預(yù)壓期沉降量預(yù)估值為1.2m，預(yù)壓期為6 個月。采用3 級分級加載，設(shè)計工后沉降不大于25cm，處理后地基承載力特征值80kPa。堆載預(yù)壓軟基處理標準橫斷面如圖1所示。

圖1 堆載預(yù)壓軟基處理標準橫斷面（半幅）

1.2 工程地質(zhì)概況

（1）填筑土（Q4）1：褐黃、灰褐色，部分路段位于施工便道上，主要由砂巖塊石、碎石及粘性土組成，塊石粒徑一般5～60cm，最大粒徑達1.0m 以上，塊石埋深較大且分布不規(guī)律，其余主要為耕植土含植物根系組成，層厚1.30～9.40m。

（2）第四系海陸交互相沉積層（Q）：該層由淤泥〈2-1〉、粘土〈2-2〉、淤泥質(zhì)粘土〈2-3〉、粘土〈2-4〉組成：

1）淤泥2-1：灰黑色，含有機質(zhì)，局部含少量貝殼碎片，具臭味，呈飽和、流塑狀態(tài)，本層局部含少量中粗砂。層底埋藏深度介于14.30～25.90m，相當于高程介于-24.86～-11.68m，揭露厚度10.20～25.90m。

2）粘土2-2：褐黃色、灰白色，主要成分為粘粒，土質(zhì)一般較純，局部含約50%粗砂，呈飽和、可塑狀態(tài)。層底埋藏深度介于15.20～28.50m，相當于高程介于-27.06～-12.58m，揭露厚度0.70～3.40m，層厚不詳。

3）淤泥質(zhì)粘土2-3：灰黑色，含有機質(zhì)，局部含腐植質(zhì)，略具臭味，呈飽和、流塑狀態(tài)。層底埋藏深度介于21.30-36.50m，相當于高程介于-34.49～-18.86m，揭露厚度2.90～12.70m。

4）粘土2-4：褐黃色、灰白色，主要成分為粘粒，土質(zhì)較純，呈飽和、可塑狀態(tài)。層底埋藏深度介于23.40-38.90m，相當于高程介于-36.89～-20.96m，揭露厚度2.00～2.80m。

各地層工程特性指標如表1所列：

表1 各地層工程特性指標

2、處理效果分析

2.1 室內(nèi)土工試驗

軟基處理前后分別取樣進行室內(nèi)土工試驗，處理前后的淤泥主要指標對比如表2所列，由表2可知，含水量由60.8%降低至52.4%，降低幅度為13.8%；天然重度由16.0kN/m提高至17.2kN/m，提高幅度為7.5%；孔隙比由1.565 降低至1.340，降低幅度為14.4%；液限由50.86%降低至45.4%，降低幅度為10.7%；塑限由28.4%降低至25.9%，降低幅度為8.8%；壓縮模量由1.80MPa 提高至2.62MPa，提高幅度為45.6%；粘聚力由4.0kPa 提高至9.8kPa，提高幅度為145%；內(nèi)摩擦角由3.0°提高至7°，提高幅度為133%；表明經(jīng)堆載預(yù)壓處理后淤泥發(fā)生固結(jié)沉降，孔隙水排出，孔隙比減小，土體倍壓密，承載力提高，可有效減少工后沉降。

表2 處理前后淤泥主要指標對比

2.2 十字板剪切試驗

對比堆載預(yù)壓與未處理的十字板強度，可以看出未進行地基處理時，原狀土的抗剪強度隨著深度稍有增大，增大不明顯。這是因為十字板測試的范圍內(nèi)土均為淤泥或淤泥質(zhì)土，呈欠固結(jié)狀態(tài)，土的強度差異較小。當進行堆載預(yù)壓處理后，土的抗剪強度總體顯著增大，堆載預(yù)壓前后原狀土強度C分別為17.3kPa 和35.2kPa，增長了約1.0倍，殘余強度C分別為4.5kPa 和9.3kPa，增長了約1.1倍。

2.3 靜力觸探試驗

對比堆載預(yù)壓與未處理的靜力觸探曲線，可以看出未進行地基處理時，8.1m～16.6m 相同深度處，經(jīng)過堆載預(yù)壓處理前后的錐頭阻力分別為0.1962MPa 和0.3205MPa，側(cè)阻力分別為10.42 kPa 和10.06kPa，側(cè)阻力與錐阻力的摩阻比分別為5.68 和3.46。

由于錐頭阻力、側(cè)阻力均與土層的強度和壓縮模量成正相關(guān)，因此通過對比可以看出，軟土地基經(jīng)過堆載預(yù)壓處理后，其錐頭阻力和側(cè)阻力均顯著增大，即處理后地基承載力和壓縮模量增大，經(jīng)堆載預(yù)壓處理后路基穩(wěn)定性提高，工后沉降減小。

3、沉降監(jiān)測與工后沉降預(yù)測

3.1 沉降監(jiān)測

本項目2017年底竣工，2020年11月測量了道路標高，經(jīng)與設(shè)計標高對比，竣工至2020年11月沉降了約140mm，2020年11月開始工后沉降監(jiān)測，監(jiān)測頻率1次/月，累計監(jiān)測12 個月，作沉降與時間關(guān)系曲線如圖4所示。

3.2 工后沉降預(yù)測

根據(jù)沉降與時間的變化規(guī)律，選取測點3 沉降數(shù)據(jù)采用雙曲線法進行擬合，如圖5所示，由圖5可知，沉降量與時間呈雙曲線關(guān)系，擬合精度R=0.922，表明擬合程度較好。根據(jù)圖中參數(shù)推算工后沉降值=1/0.015-15.18=49.34mm，加上竣工至2020年11月已發(fā)生沉降140mm，則本項目采用堆載預(yù)壓處理總的工后沉降量為49.34+140=189.34mm＜300mm，滿足規(guī)范要求。

圖2 處理前后十字板剪切強度對比

圖3 處理前后靜力觸探曲線對比

圖4 沉降與時間關(guān)系曲線

圖5 對數(shù)法擬合曲線

結(jié)語：

（1）堆載預(yù)壓法處理后軟土發(fā)生固結(jié)沉降，工程特性指標得到有效的改善，提高了地基承載力和抗剪強度，確保路基穩(wěn)定安全，同時壓縮模量增大，有效減小工后沉降。（2）根據(jù)沉降預(yù)測結(jié)果可知，堆載預(yù)壓法處理后路基工后沉降量小于規(guī)范要求值，表明堆載預(yù)壓法適用于本項目軟土路基處理，設(shè)計參數(shù)選取合理可行。