一般軟基路段不同固結(jié)方案的對(duì)比研究及計(jì)算分析

文/李海敏

1 前言

位于珠三角地區(qū)項(xiàng)目的沿線，不可避免地分布著濱海、山間谷地、魚(yú)塘、田地、溪流及河灘等，這就為軟基的形成提供了必要的條件，即存在水及細(xì)粒土。本地區(qū)軟土呈現(xiàn)如下特征：含水率較高，多數(shù)大于35%；天然孔隙比較大，介于1～2.68 之間；飽和度高；抗剪強(qiáng)度低，基本低于27kPa 等[1]。由于本地區(qū)軟土存在以上特征，在施工或者運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，容易引起較大的豎向變形，表現(xiàn)為路面結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂甚至破壞等病害，嚴(yán)重影響行車(chē)舒適性及安全性。

本文以廣東省某省道公路新建項(xiàng)目為依托，對(duì)一般路段的軟基處理方案進(jìn)行對(duì)比分析，得出較優(yōu)方案，并對(duì)該方案進(jìn)行沉降計(jì)算，可以為珠三角地區(qū)的軟基處理提供一定的參考價(jià)值。

2 項(xiàng)目所在地軟土分析

擬建項(xiàng)目路線軟土分布較為分散，共分為13 個(gè)路段，且埋深較深，基本大于3m。根據(jù)軟基分布路段及處理目標(biāo)，將路段分為一般軟基路段和特殊軟基路段。特殊軟基路段是指臨近結(jié)構(gòu)物路段，為防止不均勻沉降，該路段對(duì)沉降要求較大，處理要求較高。本文主要對(duì)一般軟基路段進(jìn)行分析。根據(jù)勘察報(bào)告，該項(xiàng)目中一般軟基路段的軟土主要為淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，選取其中一段（樁號(hào)分布K72+650～K73+840，段落總長(zhǎng)為1190m）進(jìn)行分析，將其性狀列于表1 中。

表1 K72+650~K73+840 段軟土路段軟土性狀表

3 固結(jié)方案的對(duì)比分析

3.1 豎向排水體的比較

對(duì)軟基埋深較淺的一般路段，可以采用換填及拋石擠淤的方案進(jìn)行處理。由于本路段斷面軟基埋深較深，大于3m，推薦采用的處治方案主要為排水固結(jié)。

排水固結(jié)法常見(jiàn)的方案主要包括兩種，一是豎向排水體結(jié)合堆載預(yù)壓，二是真空聯(lián)合堆載預(yù)壓。對(duì)于豎向排水體，主要又袋裝砂井或塑料排水板兩種（見(jiàn)圖1、圖2）。

圖1 袋裝砂井結(jié)構(gòu)

圖2 塑料排水板結(jié)構(gòu)

無(wú)論是袋裝砂井固結(jié)，還是塑料排水板固結(jié)，其原理相同，均是通過(guò)增加地基豎向排水通道，縮短排水路徑（見(jiàn)圖3），由此可以加速地基的固結(jié)速率并促進(jìn)地基強(qiáng)度增長(zhǎng)。目的是使地基土的大部分沉降在施工期和預(yù)壓期內(nèi)完成，以此減小工后沉降。該方案的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是造價(jià)低，施工方便、快捷，但填筑時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于高路堤和陡坡路堤的穩(wěn)定性存在不安全的因素。由于本項(xiàng)目路段路堤高度僅為2m，因此采用該方案是合適的。

圖3 排水路徑示意圖

對(duì)比兩種豎向排水體，兩者費(fèi)用相差不大，袋裝砂井取材方便，但對(duì)軟土地基有一定擾動(dòng)，而后者的排水效果受產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。由于所在地砂料來(lái)源較為多，施工工藝成熟，處治效果較好，本項(xiàng)目推薦采用袋裝砂井的處理方案。但兩者都需要一定的預(yù)壓期，才能使軟土達(dá)到較高的固結(jié)度，使工后沉降滿足規(guī)范要求。

3.2 預(yù)壓方案的對(duì)比

預(yù)壓方案有兩種：一是真空預(yù)壓，二是堆載預(yù)壓方案。

真空預(yù)壓該工法是先在待加固的軟土地基上鋪筑厚80cm 左右的砂墊層，然后按照一定間距布設(shè)袋裝砂井或塑料排水板，再在其上覆蓋不透氣的密封膜，通過(guò)砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣[2]。當(dāng)抽真空時(shí)，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐步形成負(fù)壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成負(fù)壓[3]。在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結(jié)。該工法適用于地勢(shì)較為平坦，以利于形成不透氣區(qū)域，更好的完成軟基處理，該工法的優(yōu)點(diǎn)是土體固結(jié)加快、強(qiáng)度相應(yīng)提高，可加快填土速度，縮短工期，且不會(huì)影響路堤的整體穩(wěn)定性，對(duì)高路堤下的軟基處理有很大的優(yōu)勢(shì)。

3.3 方案比選結(jié)論

根據(jù)方案對(duì)比，一般軟基路段推薦采用袋裝砂井+堆載預(yù)壓的方案，該方案1/2 斷面示意如圖4 所示。袋裝砂井編織袋可采用聚丙烯編織布,滲透系數(shù)應(yīng)不小于1×10-2cm/s,容許抗拉強(qiáng)度不小于40kN/m，有效孔徑O95＜0.08mm。砂井采用的砂應(yīng)為風(fēng)干的中粗砂，含泥量不大于3%，細(xì)度模數(shù)不小于2.7,不均勻系數(shù)小于4。

圖4 一般路基固結(jié)方案示意圖（1/2 立面圖）

4 推薦方案的沉降計(jì)算及結(jié)果分析

針對(duì)推薦方案（袋裝砂井+堆載預(yù)壓）進(jìn)行沉降計(jì)算，其計(jì)算分析軟件采用理正巖土進(jìn)行計(jì)算，采用二維模型進(jìn)行分析。為便于計(jì)算，取典型斷面K72+900 進(jìn)行分析。該斷面路基填土厚度2m，砂墊層厚度0.6m,上覆粉質(zhì)黏土層厚2m,淤泥層厚6.9m。淤泥層下方為不透水層，按單面排水進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)土工實(shí)驗(yàn)報(bào)告，淤泥層的E-P 關(guān)系曲線。軟基處理總工期按12 個(gè)月進(jìn)行控制。

沉降計(jì)算取兩個(gè)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，模型一：采用袋裝砂井結(jié)合堆載預(yù)壓進(jìn)行計(jì)算，模型二：取消袋裝砂井豎向排水體與模型一計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理得到圖5 的結(jié)果。

圖5 軟基沉降-時(shí)間關(guān)系曲線

對(duì)沉降計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出如下結(jié)論：當(dāng)采用袋裝砂井豎向排水體時(shí)，竣工時(shí)的沉降量為0.605m，30年后的沉降量為0.461m，工后殘余沉降為0.144m。當(dāng)不采用豎向排水體時(shí)，竣工時(shí)的沉降量為0.215m，30年后的沉降量為0.529m，工后殘余沉降為0.314m,對(duì)于水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，容許的工后沉降為0.3m,由此可見(jiàn)，當(dāng)采用袋裝砂井豎向排水體時(shí)，工后沉降0.144m 遠(yuǎn)小于容許值0.3m,當(dāng)不采用任何豎向排水體時(shí)，其工后沉降0.314m 超過(guò)規(guī)范限值。采用袋裝砂井處理該類(lèi)型的軟基，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求，且效果明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)珠三角地區(qū)埋深大于3m 的一般軟基路段的處治方案進(jìn)行對(duì)比分析可知，對(duì)常用的一般軟件路段的三種固結(jié)方案進(jìn)行對(duì)比，對(duì)場(chǎng)地中粗砂來(lái)源較為豐富，軟土分布較分散，棄土較為便利的地區(qū)項(xiàng)目，采用袋裝砂井+堆載預(yù)壓更為合理。選取典型斷面，對(duì)推薦方案即袋裝砂井+堆載預(yù)壓的方案進(jìn)行沉降計(jì)算，與不采用豎向排水體的模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出當(dāng)軟基處理采用袋裝砂井+堆載預(yù)壓方案時(shí)，其工后沉降滿足規(guī)范限值（≤0.3m）的要求，限制工后沉降效果顯著。