論塑料排水板堆載預(yù)壓法在某二級(jí)路的應(yīng)用

摘要 塑料排水板堆載預(yù)壓法作為軟土地基治理的常用手段，能有效提升地基的整體穩(wěn)定性和承載能力，防止工后沉降變形。為有效提升塑料排水板堆載預(yù)壓法的施工技術(shù)水平，保證軟土地基處治效果，文章依托某二級(jí)公路軟土路基治理案例，針對(duì)塑料排水板堆載預(yù)壓法的應(yīng)用展開了綜合探究，根據(jù)工程具體狀況，確定了軟土路基的加固方案，通過(guò)理論計(jì)算分析了固結(jié)度、沉降變化，并對(duì)地基承載力實(shí)施了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，各指標(biāo)完全滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，充分驗(yàn)證了塑料排水板堆載預(yù)壓法對(duì)軟土路基加固的可行性，具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；軟土處理；塑料排水板；堆載預(yù)壓法

中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）05-0079-03

0 引言

軟土地基作為一種典型的不良地質(zhì)條件，具有含水率大、透水性差、壓縮性強(qiáng)、承載力低等特點(diǎn)，工程特性極差，必須經(jīng)過(guò)補(bǔ)強(qiáng)加固處理方能滿足施工要求[1-2]。在工程實(shí)踐中，通常采用塑料排水板堆載預(yù)壓法對(duì)軟土路基實(shí)施加固處理，主要在軟土路基內(nèi)部設(shè)置橫、豎向排水管，并在土體上方施加壓力，使土體內(nèi)部水分沿管道排出，從而達(dá)到固結(jié)土體及提高承載力的目的[3-5]。該文結(jié)合某公路項(xiàng)目軟土路基加固案例，系統(tǒng)分析了塑料排水板堆載預(yù)壓法的應(yīng)用，對(duì)提高軟土路基加固水平，保證道路運(yùn)營(yíng)安全，具有重要意義。

1 工程概況

某公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)公路等級(jí)為二級(jí)，全長(zhǎng)2.5 km，路基寬26.0～32.0 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為40 km?？辈閳?bào)告顯示，場(chǎng)區(qū)內(nèi)為第四系殘坡積地貌類型，地層由上至下依次如下：（1）淤泥層：色澤呈深灰色，流塑狀，厚度為19.20～26.70 m；（2）黏土層：色澤呈淺灰色，厚度約3.20～13.50 m；（3）殘積黏土層：色澤呈黃褐色，硬塑狀，厚度為5.40 m以上。施工區(qū)域內(nèi)地形平坦、開闊，表層淤泥層分布區(qū)域較大，含水率大、承載性能較差，在路基填筑過(guò)程中容易出現(xiàn)差異性沉降，必須實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固。

2 軟土路基加固方案

2.1 總體方案

排水固結(jié)法主要是根據(jù)土體排水固結(jié)特性，在布設(shè)橫、豎向排水管道的軟土路基頂部進(jìn)行堆載，使地基土迅速固結(jié)沉降完成，進(jìn)而顯著提升地基的承載性能[6]。根據(jù)該工程實(shí)際情況，并結(jié)合周邊建筑分布特征、工期及成本要求等各方面條件，計(jì)劃采用塑料排水板堆載預(yù)壓法對(duì)軟土路基段實(shí)施加固處理，堆載時(shí)間為9個(gè)月，排水板頂部設(shè)置砂墊層[7-8]。為保證堆載的穩(wěn)定性，在坡腳位置布設(shè)寬約10.0 m的反壓護(hù)道，其高度為設(shè)計(jì)高程的1/2。軟土路基加固示意圖如圖1所示：

2.2 塑料排水板參數(shù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，淤泥層厚度為19.20～26.70 m，選用SPB100-C型排水板，規(guī)格為（100×4.5）mm，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求[9]。

根據(jù)軟土特征及固結(jié)度指標(biāo)，綜合確定排水板的布設(shè)間距，為提升排水效果，采取等邊三角形布置（D=1.2 m）。

排水板應(yīng)貫穿淤泥層，伸入下臥層至少50 cm，且頂部露出墊層約20～30 cm。

2.3 堆載預(yù)壓

選取最不利部位進(jìn)行分析，其道路中央填筑高度為4.143 m，共分為5級(jí)進(jìn)行堆載，其中：1～3級(jí)厚度均為1.0m，4級(jí)厚度為0.523 m，5級(jí)厚度為0.62 m，加載預(yù)壓變化曲線如圖2所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)荷載大小進(jìn)行加載，并采用有效固結(jié)應(yīng)力法對(duì)各級(jí)堆載條件下的地基穩(wěn)定性實(shí)施計(jì)算，其表達(dá)式如下：

式中，Cqi——材料黏聚力（N/m）；φqi——材料內(nèi)摩擦角（°）；φcqi——土體內(nèi)摩擦角（°）；Ui——平均固結(jié)度（%）；αi——土體底面與水平面交角（°）；Li——土體長(zhǎng)度（m）；WIi——地基土體容重（kg/m3）；——路堤容重（kg/m3）。安全系數(shù)計(jì)算圖如圖3所示：

穩(wěn)定目標(biāo)計(jì)算：智能查找最不利斷面；土條寬：

1.000 m；查找半徑：1.000 m；查找半徑步長(zhǎng)：0.500 m。

通過(guò)計(jì)算得到：安全系數(shù)最小值為1.25＞1.2（標(biāo)準(zhǔn)值），符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[10]。

堆載指標(biāo)：沉降速率≤10 mm/d；橫向位移≤5 mm/d；水壓力控制在堆載壓力的50%。

卸載標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)沉降量超過(guò)總沉降量的90%時(shí)，進(jìn)行卸載；固結(jié)度計(jì)算值＞90%；沉降速率為≤0.5 mm/d。

3 理論計(jì)算

3.1 固結(jié)度計(jì)算

變速堆載條件下，地基土體固結(jié)度的計(jì)算公式如下：

（2）

式中，——t時(shí)間下地基固結(jié)度（%）；qi——i級(jí)荷載堆載速率（%）；——累計(jì)荷載（kN/m2）；

ti-1、ti——i級(jí)荷載加載起止時(shí)間（t）；α、β——地基參數(shù)，具體取值見(jiàn)下式（3）、式（4）：

（3）

（4）

式中，Cv、Cr——豎、橫向固結(jié)系數(shù)；de——豎向排水管的排水范圍（m）；H——豎向排水深度（m）；Fn——系數(shù)。

受塑料排水板阻力、涂抹效應(yīng)影響，F(xiàn)取值標(biāo)準(zhǔn)如下：

（5）

（n≥15） （6）

（7）

式中，kh、ks——自然狀態(tài)下土體及涂抹層的橫向滲透系數(shù)；s——涂抹比（ds/）；l——排水板長(zhǎng)（m）；n——井徑比；Fn——系數(shù)；FS——涂抹影響系數(shù)；Fr——井阻影響系數(shù)。

按照上述各式求出各時(shí)間段的土體固結(jié)度，結(jié)果顯示預(yù)壓60 d、120 d、180 d、240 d、276 d對(duì)應(yīng)的地基固結(jié)度依次為=19.6%、=41.8%、=64.8%、=79.2%、=91.8%。

各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的土體固結(jié)度變化曲線，如圖4所示：

由圖4可知，堆載預(yù)壓階段的地基固結(jié)度呈階梯狀變化，標(biāo)準(zhǔn)荷載條件下曲線較為平順，且變化幅度逐漸減小，300 d后基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)該項(xiàng)目工期要求，地基固結(jié)度＞90%，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 沉降計(jì)算

總沉降量由主沉降（Sc）、次沉降（Ss）及瞬時(shí)沉降（Sd）三部分組成，即，因無(wú)法得到準(zhǔn)確的回彈模量、泊松比等相關(guān)指標(biāo)，Sd、Ss值可忽略。根據(jù)相關(guān)研究成果，在工程實(shí)踐中采用分層總和法進(jìn)行綜合計(jì)算。

主沉降Sc采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算，表達(dá)式如下：

（8）

式中，n——土層數(shù)量；e0i——各層土體容重下的恒定孔隙比；ei1——各層土體容重及內(nèi)力聯(lián)合作用下的恒定孔隙比；Δhi——各土層厚度（m）。

總沉降量可通過(guò)分層總和法進(jìn)行計(jì)算，其表達(dá)式如下：

（9）

式中，Sc——主沉降（m）；ms——修正系數(shù)，此處為1.2。

按照上述各式求出各時(shí)間段的土體沉降，路堤整體填筑高度為5.685 m，通過(guò)計(jì)算求得總沉降量=1.20×1.543=1.862 m。

各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的土體沉降變化曲線，如圖5所示：

由圖5可知，堆載預(yù)壓階段的地基沉降量呈階梯狀變化，其中堆載初期的沉降幅度較大，后續(xù)逐漸減慢，且在520 d時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。工后總沉降為0.06 m，未超過(guò)規(guī)范允許值0.5 m，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 地基承載力驗(yàn)算

天然工況下，地基土體在某時(shí)間點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

（10）

式中，τf 0——加載前地基土抗剪強(qiáng)度（kPa）；Δσz——某點(diǎn)在外界荷載作用下產(chǎn)生的豎向應(yīng)力（kPa）；Ut——固結(jié)度（%）；——有效內(nèi)摩擦角（°）。

針對(duì)條形基礎(chǔ)，其地基承載力的計(jì)算公式如下：

（11）

式中，K——穩(wěn)定性系數(shù)，此處為1.3。地基承載力驗(yàn)算公式如下：

（12）

（13）

式中，pc——附加應(yīng)力（軟土路基頂部）（kPa）；pcz——土體容重（軟土路基頂部）（kN/m3）；vR——抗力系數(shù)，此處為1.0；檢驗(yàn)點(diǎn)與中心線之間的長(zhǎng)度0.000 m。檢驗(yàn)各點(diǎn)下臥層承載力，如表1所示：

4 主要施工順序

基底處理—設(shè)置300 mm砂墊層—布置塑料排水板及橫向排水設(shè)施—設(shè)置檢測(cè)裝置及土工格柵—分層填筑至設(shè)計(jì)高度—水泵抽水—沉降監(jiān)測(cè)—檢查驗(yàn)收（逐級(jí)卸載至設(shè)計(jì)高程）。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，塑料排水板堆載預(yù)壓法主要通過(guò)在軟土路基內(nèi)部設(shè)置橫、豎向排水管，并在土體上方施加壓力，使土體內(nèi)部水分沿管道排出，從而達(dá)到固結(jié)土體及提高承載力的目的。該文結(jié)合某二級(jí)公路軟土路基治理案例，系統(tǒng)分析了塑料排水板堆載預(yù)壓法在軟土路基加固中的應(yīng)用，并結(jié)合工程實(shí)際情況制定了軟土路基的加固方案，通過(guò)相關(guān)計(jì)算得到了軟土路基固結(jié)度、沉降變化規(guī)律，并對(duì)地基承載力實(shí)施檢驗(yàn)，結(jié)果完全滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求；當(dāng)前該公路已建成通車，道路運(yùn)營(yíng)狀況良好，取得了理想效果，充分驗(yàn)證了該加固方法的可行性，值得積極推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]賈旭.堆載預(yù)壓法在軟土地基加固處理中的應(yīng)用[J].工程機(jī)械與維修， 2023（3）：60-62.

[2]劉運(yùn)興，楊永民，楊智誠(chéng).塑料排水板堆載預(yù)壓技術(shù)處理軟土路基變形特性研究[J].廣東土木與建筑， 2023（2）：23-26.

[3]李芳靜.塑料排水板堆載預(yù)壓法在路基工程中的應(yīng)用[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界， 2022（32）：38-40.

[4]徐方，吳其長(zhǎng)，門小雄，等.堆載預(yù)壓下塑料排水板地基的側(cè)向變形預(yù)測(cè)方法[J/OL].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2024-05-17/2024-08-18.

[5]楊斌.塑料排水板堆載預(yù)壓法加固軟土路基試驗(yàn)研究[J].西部交通科技， 2022（6）：68-71.

[6]姚莉莉.淺談塑料排水板堆載預(yù)壓法在堤防軟基處理中的應(yīng)用及分析[J].內(nèi)蒙古水利， 2020（5）：68-69+72.

[7]李文堅(jiān).塑料排水板-真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法在深厚軟土地基處理中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2022，（09）：26-28.

[8]曾聯(lián)金.塑料排水板堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在軟土路基中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2021，（16）：116-117.

[9]Indraratna B，Rujikiatkamjorn C，Baral P， et al.Performance of Marine Clay Stabilised with Vacuum Pressure： Based on Queensland Experience[J].Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering， 2019（3）：598-611.

[10]彭?yè)P(yáng)發(fā)，周洋，王寧波，等.塑料排水板地基變形的簡(jiǎn)易計(jì)算法[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2022（7）：1898-1907.