塑料排水板超載預壓排水固結法應用效果分析

□文/羅 婷 蔣宏偉 李 婧

近年來，天津濱海新區公路建設中較多采用加固土樁、薄壁管樁進行深層處理，從實際效果看，橋頭跳車現象比較明顯。南疆公路復線橋位于濱海新區南疆港區，以飽和軟粘土為主，設計選用塑料排水板超載預壓排水固結法進行橋頭深層處理。

工程地質條件

南疆公路復線橋的地基土由Q4后期沉積土和地基表層回填土構成，主要土層為粘土、淤泥質粘土及淤泥，含云母有機質、腐爛質，孔隙比＞1.20，具有滲透系數小、沉積歷史短的特點，地基土在自重作用下未達到完全固結，屬于欠固結狀態。

加固方案設計

排水固結原理

軟土地基在填土荷載的作用下失去原有的平衡，飽和軟粘土隨著孔隙水壓力的消散，地基就會產生排水固結，孔隙比減小，從而抗剪強度會得到提高；但由于排水固結和剪切變形，地基會產生很大的沉降，甚至由于強度和承載力不足而產生破壞。因此，路基填筑過程中經常采用分級加載預壓的方法，控制加載速率，使地基強度的增長能適應附加荷載的增加；由于土體的排水固結所需的時間與滲透路徑長度的平方成正比，在地基中設置連同的排水體可以大大縮短預壓固結所需的時間，通常采用塑料排水板作為排水通道并分級加載預壓，從而加速地基的固結，從而達到減少地基工后沉降和提高地基承載力的目的。

方案設計

南疆公路復線橋橋頭引路路基寬度26.5 m，處理長度50 m，距離老橋凈距5 m，引路最大填土高度約3 m，采用塑料排水板超載預壓法，排水間距1 m，塑料排水板板長20 m，預壓期12個月，填土至設計路面標高以上1 m進行超載預壓。

觀測方案

施工完成后對沉降進行觀測，觀測內容包括地表沉降觀測、分層沉降觀測、水平位移觀測和孔隙水壓力觀測。見圖1。

圖1 觀測斷面布置

觀測結果分析

地表沉降

地表沉降為打設塑料排水板期間的沉降和在預壓荷載作用下產生的沉降之和。通過分析地表沉降，可以推算地基土的固結度，反映地基的總體加固效果；同時也可以利用預壓期內的平均沉降量，推算最終沉降量和殘余沉降。

（1）插板期間地表沉降。加固區域地基土層為欠固結的土層，在打設塑料板水板后，由于土層排水路徑縮短，地基土在其自重壓力作用下，很快產生一定量的固結沉降。打設塑料排水板后至實施堆載預壓前，插板期間的沉降量10.2 cm。

（2）預壓荷載下產生的沉降見表1和圖2。

表1 引路地表沉降分析

根據地表沉降觀測和分析結果，引路殘余沉降均＜5 cm，滿足設計要求的工后沉降要求；預壓6個月時的沉降速率最大為0.17mm/d，滿足連續兩周實測地表沉降≯2.5mm（即0.18mm/d）的要求；固結度達到90%以上，固結效果顯著。引路排水板施工完后，同時埋設地表沉降儀和磁環式沉降儀（位于X3#點附近），X3#點預壓期末的地表最大沉降為45.7 cm；施工期間及預壓期間的總沉降＝插板期間地表沉降10.2 cm＋填土和預壓期間地表沉降45.7 cm＝55.9（cm）。

深層分層沉降

打設塑料排水板后，在引路加固區的中心點附近埋設了1組深層分層沉降儀，以便推算地基的綜合固結度和處理深度范圍內的各層土的固結度。見表2。

塑料排水板長為20 m，在處理深度范圍內進行了分層沉降觀測，可以看出。

表2 引路X#3點附近分層沉降固結度分析

（1）處理深度范圍內的綜合固結度達到了92%～94%，略小于地表沉降觀測推算的固結度。

（2）表層雜填土下的淤泥及淤泥質粘土的沉降量達到了50～60mm/m。沉降量主要集中在雜填土以下部分淤泥和淤泥質粘土層內。

孔隙水壓力

觀測各個土層的孔隙水壓力，主要用來判斷地基各土層的固結程度。根據觀測成果，堆載時土體中各點的孔隙水壓力有所上升，滿載后孔隙水壓力隨預壓時間增加而逐漸消散。見表3。高－13 m以下）為粘土層，其沉降量明顯減少，處理效果已不明顯，說明原設計20m的處理深度偏于保守。

（4）截至2009年底，南疆公路復線橋已經通車2 a多，橋頭引路沉降較小，幾乎感覺不到橋頭跳車，表明采用塑料排水板聯合超載預壓法處理南疆公路復線橋橋頭地基是成功的。隨著濱海新區骨架路網的大規模建設，高速公路、快速路的施工周期相對較長，橋頭深層處理完全可以采用塑料排水板聯合超載預壓法，從而減少橋頭的工后沉降。

表3 引路中心點孔壓計算各點固結度

從表3中可以看出，固結度均在90%以上，處理深度范圍內的各層土的固結效果良好；此外，孔隙水壓力推算的固結度略小于分層沉降推算的固結度，符合兩者的深層理論關系。

[1]TG D30-2004，公路路基設計規范[S].

[2]殷宗澤，龔曉南.地基處理工程實例[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3]中國土木工程學會港口工程學會.塑料板排水法加固軟基工程實例集[M].北京：人民交通出版社，1999.

結論

（1）根據觀測結果分析，塑料排水板超載預壓排水固結法對地基的加固效果明顯，推算工后沉降和沉降速率均滿足設計要求。

（2）在預壓期的前5～6個月，沉降速率較大，表明塑料排水板處理地基需要足夠的預壓期才能保證加固效果，設計采用了超載1～2 m高的超載預壓土方，從一定程度上縮短了預壓期，比原設計的12個月縮短了4個月。因此，預壓期和預壓荷載對于塑料排水板處理方案非常重要，在以后的設計中應加強預壓期和預壓荷載的設計。

（3）通過分層沉降分析，現狀地面以下16 m（標