談超載預壓結合塑料排水板軟土路基處理

何 偉 朝

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000)

談超載預壓結合塑料排水板軟土路基處理

何 偉 朝

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000)

對超載預壓結合塑料排水板軟土路基處理技術作了多方面的論述，介紹了軟土路基的穩定性驗算方式，并提出了該技術設計、施工及觀測的主要方法，以期為道路軟土路基處理提供參考借鑒。

軟土路基，穩定性，塑料排水板，超載預壓

0 引言

我國軟土分布范圍很廣，主要是在沿海、沿江、沿湖地區，一些沼澤地區也常遇軟土。這些地區的道路工程建設活動日益頻繁，同時也承受著軟土地基帶來的病害，如路基不均勻沉降、邊坡失穩、路面開裂、橋頭跳車等。因此，在軟土分布區域道路設計和施工過程中，軟土路基的處理問題必須得到足夠的重視。超載預壓結合塑料排水板是一種常見的排水固結軟基處理方法，具有質量可靠、排水效果好、施工方便、工期可控、成本低等特點。本文對超載預壓結合塑料排水板軟土路基處理技術作了介紹和總結，以供同行參考。

1 軟土路基沉降分析

軟土路基沉降包括地基沉降和路堤自身壓縮兩部分，從經典土力學的角度來說地基沉降由三部分組成：瞬時沉降、主固結沉降、次固結沉降。

瞬時沉降是指地基加載以后立即發生的沉降，由于孔隙水尚未排出，土體的總體積基本不變，沉降由土體的側向形變引起。路基的瞬時沉降可通過路堤填筑方式和填筑速率來控制。主固結沉降是軟土路基沉降最主要的組成部分，是一個在外荷引起的超孔隙水壓力作用下，孔隙水逐漸排出，應力增量逐漸由土骨架來承擔的一個過程。主固結沉降速率主要與土的孔隙壓力、滲透性和壓縮性有關[2]，可通過超載預壓以及設置塑料排水板來加快主固結沉降。次固結沉降由土骨架本身不斷的蠕變引起。其實土的次固結沉降在主固結沉降發生時就已經開始了，因為外力由孔隙水承擔轉變為土骨架承擔的過程也伴隨著土骨架的蠕變，不過這部分沉降相對較小，往往可以忽略。假設主固結沉降完成以后，才開始次固結沉降。在荷載持續作用下，次固結沉降將持續很長一段時間(貫穿路基的整個壽命)。次固結沉降大小與地基土的歷史應力、土的類型及其力學性質有關。次固結沉降往往是造成軟土路基工后沉降過大的主要原因，通?？梢圆捎贸d預壓的方式來降低次固結沉降量，從而達到設計要求。

2 軟土路基穩定性驗算

軟土地基上往往需要填筑高填方路堤，同時也需要施加超載，工期緊迫而又要留有足夠的預壓時間來保證工后沉降達標，因此路堤填筑時間相對縮短，這就對路堤的穩定性問題提出更高的要求。軟土路堤設計既要考慮施工期間穩定性又要考慮其長期穩定性，對一些典型斷面在設計洪水位下的穩定性也要進行驗算和分析。路基施工期間及運營期間，抗滑安全系數要達到規定的要求。

軟土地基路堤的穩定性分析一般可采用有效固結應力法或改進總強度法；一些重要路段或試驗段可采用簡化畢肖普法或簡布普遍條分法。關于抗剪強度參數的選取，施工期間穩定性分析可采用不排水抗剪強度參數分析粘土材料，長期穩定性分析采用排水抗剪強度參數分析所有土類，路基填料則始終采用排水抗剪強度參數進行分析。對于軟質粘土，施工階段固結引起的抗剪強度增量應在設計中加以考慮。除非有更加危險的滑動面，一般采用圓弧形滑動面破壞模式分析路堤穩定性，非圓弧滑動面可采用簡布普遍條分法進行穩定分析。

在安全系數不能滿足要求的情況下，建議移除一定厚度的表層土或使用土工布加筋(但不限于這兩種方法)來滿足穩定性要求。

3 塑料排水板設計

塑料排水板橫向尺寸的擬定應按照與袋裝沙井周長相等的原則換算成沙井當量直徑dw，公式如下：

(1)

其中，α為塑料排水板在周圍土壓力作用下，透水能力的折減系數，一般可取0.75～1.0；b，δ分別為塑料排水板的寬度和厚度。

塑料排水板可按正方形或等邊三角形進行布置，其合理間距與軟基巖土參數、超載比、容許工后沉降、工期所允許超載預壓靜置時間等都有關系，實際工程中工期往往起到決定性作用。超載預壓靜置時間越短，則要求塑料排水板的間距越小，反之越大，但不宜大于1.5 m。理論上塑料排水板間距越小，排水固結所需時間越短，但事實上并非如此，有研究表明當塑料排水板的間距小于0.7 m時，進一步減小排水板間距的效果并不明顯[3]，而且塑料排水板間距的減小將提高造價。塑料排水板的合理間距可參照類似工程、已有研究結論或提前安排試驗段來確定，在滿足工期要求的前提下，盡可能節約成本。

塑料排水板的深度一般應貫穿整個軟土層，但當軟土層底部附加應力較小時，附加應力與自重應力之比小于0.15的部分可不設置塑料排水板，避免造成材料浪費。

4 超載預壓設計

超載預壓是指在軟土地基上加載至建筑物的最終荷載條件(即等載狀況)之后，額外施加臨時荷載，使得建筑物在使用期間可能產生的沉降絕大部分在預壓期間完成，并且提高地基土的抗剪強度，加快其排水固結過程，超載是臨時荷載，在完成預壓后必須卸荷。道路作為一種特殊的建筑物，其路堤填料可視為預加載材料，路堤填筑過程也就是預加載過程。當使用填土實現超載預壓時，路堤的初始填筑高度應等于路基設計標高+路面及汽車荷載換算的等代路基填料厚度+超載填料高，用于超載的填料及其壓實度應采用和路基填筑一樣的標準。預壓過程中路基沉降后應及時補方，維持超載水平。

超載預壓可以加快主固結沉降，但并不是超載比越大越好，因為在有塑料排水板存在的情況下，等載預壓甚至欠載預壓也可以在短時間內完成地基的主固結沉降，而且超載比越大，預壓時間越長，地基的總沉降量越大，這將增大路基土方量。但如果以減少次固結沉降為標準的情況下，超載比越大，預壓時間越長，卸載后的次固結系數越小，次固結變形越小[4]。因此，實際工程中，超載比不是越大越好，合理的超載比以及相應的最佳預壓時間可參照類似工程、已有研究結論或提前安排試驗段來確定，在滿足沉降標準的前提下，盡可能節約成本。

5 軟土路堤處理施工步驟

超載預壓結合塑料排水板處理軟土路堤主要施工步驟如下：

1)地面清理及整平；2)鋪設一層隔離土工布；3)鋪設排水砂墊層；4)根據設計的布置形式、間距和深度等要求安裝塑料排水板；5)如果需要，在排水層上橫向放置加筋土工布以加強路堤穩定性；6)沉降觀測板埋設及觀測；7)分層填筑路堤。

注意路堤應填筑至設計高度(包括路面及汽車荷載換算的等代路基填料厚度和超載土高)，建議路堤分層填筑厚度不大于30 cm，填筑速度大約為每周1 m，應根據工程實際情況確定。

6 現場觀測設備與手段

軟土路基處理設計僅僅是依據一些可用資料得到的初步分析結論，因此需要通過現場觀測來彌補設計的不足，其主要作用有：1)驗證設計假設；2)跟蹤沉降響應；3)指導路堤填土速度；4)當沉降接近警戒值時，為迅速采取補救措施提供依據；5)評定固結度水平，為下一步施工安排提供技術依據。

現場觀測儀器包括：

1)沉降板：安裝在路堤底部用于測量隨著路堤填筑，自然地基沉降的情況；

2)沉降釘：用于觀測路堤表面高程并且評估潛在的水平和垂直方向上的不均勻沉降情況；

3)位移樁或者測斜儀(按照實地需要設置)。

觀測儀器的安裝形式如圖1所示。

沉降板和沉降釘等觀測設備的觀測頻率可根據工程實際確定，并且可能根據現場狀況隨時進行必要的調整。對施工過程中收集來的觀測數據進行分析評價，進而可以確定：在填筑的過程中，是否需要增加安全措施(如穩定坡臺)；在預壓過程中，是否需要增加超載；是否可以卸載等結論。

7 結語

道路軟基處理是一項重要而又復雜的工程技術，其處理方法有很多種，超載預壓結合塑料排水板是其中一種簡單而行之有效的技術手段，已在許多工程中得到應用。本文對超載預壓結合塑料排水板軟基處理技術做了一些簡單的介紹，可為道路軟基處理設計和施工提供一些借鑒，具體工程還要根據現場實際情況做出準確的判斷并提出合適的措施。

[1] 錢家歡.土力學[M].南京:河海大學出版社,1995.

[2] 韓 亮.高速公路軟土路基沉降變形研究[J].交通標準化,2008(8):49-52.

[3] 任文芳.塑料排水板間距對真空預壓加固時間的影響[J].中國港灣建設,2005(3):30-31,52.

[4] 李國維，楊 濤，殷宗澤，等.公路軟基超載預壓機理研究[J].巖土工程學報,2006,28(7):896-901.

[5] 王燕芝.高速公路軟土路基處理技術研究[J].山西建筑,2014,40(10):142-144.

Discussion on soft soil subgrade treatment by combining surcharge preloading with plastic drainage board

He Weichao

(ChinaMunicipalEngineeringZhongnanDesignAcademyHeadquarterCo.,Ltd,Wuhan430000,China)

The thesis discusses soft soil subgrade processing technologies by combining surcharge preloading with plastic drainage board from various aspects, introduces soft soil subgrade stability checking method, and puts forward major technological design, construction and observing methods, with a view to provide some guidance for soft soil subgrade treatment.

soft soil subgrade, stability, plastic drainage board, surcharge preloading

2015-02-10

何偉朝(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)13-0162-03

U416.1

A