道路設(shè)計(jì)中堆載預(yù)壓法的應(yīng)用

林 旸

(安徽瑞成土木工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司 安徽 合肥 230000)

一、預(yù)壓法工作原理

堆載預(yù)壓法是指在地基上設(shè)置排水管道，以縮短土壤的凍結(jié)速度，可有效解決土壤沉降和穩(wěn)定性問(wèn)題。該方法是在建筑物荷載作用前對(duì)自然地基施加荷載預(yù)壓。同時(shí)，設(shè)置垂直排水體和在柔軟的地面上鋪設(shè)水平排水墊等措施可以加快土壤中的水分含量。

二、案例概述

實(shí)例道路的總長(zhǎng)度約為2.5公里，被規(guī)劃為城市二級(jí)道路。設(shè)計(jì)速度為40km/h，雙向四車道，紅線寬度為35m，加注線高度大于5m，整條線分布較厚的軟土層。軟土層主要由淤泥層，淤泥層和粉質(zhì)次粘土層組成。

三、預(yù)壓設(shè)計(jì)方法

整條線的軟土深度大于10m。軟土層性質(zhì)較差，含水量較高。通過(guò)對(duì)常用軟土地基處理方法的適用性和經(jīng)濟(jì)性的比較和選擇，提出了一種塑料排水板與樁預(yù)壓結(jié)合的方法。

(一)預(yù)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.材料的選擇

原則上，為了保證路堤壓實(shí)度的材料可以用作路堤荷載材料，例如粘土，淤泥，中粗砂等。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)的過(guò)載和轉(zhuǎn)換荷載，可以使用固體材料或液體材料。從性能，可操作性上和環(huán)境影響方面，因?yàn)檫@部分已裝載的材料需要在預(yù)裝載后卸載。該項(xiàng)目周圍的沙土十分豐富，可以使用中粗砂作為堆積材料。

2.預(yù)壓載荷的確定

預(yù)壓載荷應(yīng)根據(jù)所需的地基承載力，施工過(guò)程中的所需沉降量和土壤性質(zhì)來(lái)確定。通常，它應(yīng)等于施加的載荷(即等于載荷預(yù)載荷)。本項(xiàng)目一般路段采用等負(fù)荷預(yù)載，橋頭段采用過(guò)載預(yù)載。超載土柱的高度為1m。

3.時(shí)間的確定

預(yù)壓期是根據(jù)平地機(jī)在預(yù)壓施工期間的穩(wěn)定性計(jì)算確定的，通常不少于6個(gè)月。該項(xiàng)目的前期按6個(gè)月考慮。

(二)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.排水墊材料

排水墊材料通常是由無(wú)紡布，具有中等的粗砂和較少的泥漿所組成，可以在過(guò)濾的同時(shí)起到關(guān)鍵的作用。沙墊的寬度比路堤兩側(cè)斜坡的腳寬0.5m。通常，沙墊的滲透系數(shù)≥5×103cm/s，泥漿含量小于5%。沙墊層的厚度取決于鋪設(shè)方法和地基的沉降，通常為40-100cm。應(yīng)考慮某些承載能力要求。本項(xiàng)目的沙墊按50cm厚度設(shè)計(jì)。

2.垂直排水體

排水立管分為三種類型：普通人孔，袋裝人孔和塑料排水板。此設(shè)計(jì)使用經(jīng)濟(jì)的塑料排水板。塑料板使用雙面排水土工布濾膜和C型塑料排水板。水底應(yīng)穿過(guò)粉質(zhì)次生粘土層，并進(jìn)入砂層或≥0.5m的次生粘土層。排水板通常排列成三角形或正方形，間距為1.0-2.0m。具體距離取決于預(yù)壓縮期，土壤質(zhì)量和工程成本。該項(xiàng)目的排水板以規(guī)則的三角形間距排列，間距為1.2m。

(三)沉降與穩(wěn)定性計(jì)算

在預(yù)壓法的設(shè)計(jì)階段，有必要計(jì)算在設(shè)計(jì)荷載下可能發(fā)生的總沉降量，在施工過(guò)程中可能完成的沉降量以及通車后可能產(chǎn)生的剩余沉降量。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算出的施工后沉降應(yīng)符合規(guī)范的要求。預(yù)載法的穩(wěn)定性驗(yàn)算主要包括施工期的地基穩(wěn)定性和施工期的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性和沉降的計(jì)算是預(yù)壓法設(shè)計(jì)的重要組成部分。該項(xiàng)目的沉降和穩(wěn)定性由計(jì)算機(jī)計(jì)算。

(四)施工監(jiān)控設(shè)計(jì)

軟土地基施工監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)路基在充填和預(yù)壓過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變形，并動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理路基施工。該項(xiàng)目的施工監(jiān)控設(shè)計(jì)可動(dòng)態(tài)監(jiān)控施工期間的沉降和穩(wěn)定性。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及目的

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

(一)測(cè)量技術(shù)要求

初步確定預(yù)壓縮方案后，應(yīng)提供測(cè)量技術(shù)要求，并應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)一些物理指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)的測(cè)試指標(biāo)，以免延誤施工期。具體的物理指標(biāo)包括天然水含量，天然密度，液體極限，可塑性極限，可塑性指數(shù)，流動(dòng)性力學(xué)指標(biāo)包括直接快速剪切，固結(jié)快速剪切，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，三軸剪切，壓縮試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)。

(二)堆料

使用預(yù)壓法處理軟土地基時(shí)，一部分附加材料是路堤填料，另一部分是路面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換載荷(超載)。預(yù)加載后，需要卸載路基高程以上的過(guò)載。重載和卸載是非常繁瑣的工作。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)在材料運(yùn)輸，存儲(chǔ)和卸載的范圍內(nèi)考慮路基高程以上的堆放材料。

(三)加載率

填充率控制標(biāo)準(zhǔn)為：路堤中心沉降率小于15mm/D，斜管橫向位移率小于3mm/D，位移側(cè)樁橫向位移率小于5mm/D，加載時(shí)的單級(jí)孔隙壓力系數(shù)小于0.6，綜合孔隙壓力系數(shù)小于1.0。當(dāng)單級(jí)孔隙壓力系數(shù)小于0.4或單級(jí)孔隙壓力系數(shù)的增量耗散大于50%時(shí)，將增加下一級(jí)載荷。普通填料的載荷厚度為30-50cm。

(四)結(jié)算補(bǔ)償?shù)挠?jì)算

在預(yù)壓過(guò)程中，由于軟土層的固結(jié)和沉降，為了保持加載高度恒定，有必要補(bǔ)充下沉土層的厚度。根據(jù)計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，道路橫斷面的中心沉降最大，坡腳兩側(cè)的沉降較小，為盆地曲線。因此，基于分水嶺曲線而不是矩形，沉降補(bǔ)償?shù)挠?jì)算更加準(zhǔn)確。

(五)卸貨標(biāo)準(zhǔn)

卸貨標(biāo)準(zhǔn)采用沉降率法，即在路堤完成后，觀察沉降過(guò)程。連續(xù)三個(gè)月觀察到沉降速率小于3mm/月，沉降加速度小于0。根據(jù)沉降曲線，可以推斷出未來(lái)可能的沉降量小于施工后的結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)。

(六)完成測(cè)試

為了測(cè)試預(yù)壓效果，每100-150m設(shè)置一個(gè)鉆孔，并在加固前后分別鉆孔。對(duì)基礎(chǔ)土壤樣品進(jìn)行物理和機(jī)械指標(biāo)測(cè)試分析，測(cè)量土壤特性的變化，列出比較表，比較和判斷基礎(chǔ)處理的效果，并為預(yù)載停止提供依據(jù)。測(cè)量項(xiàng)目主要包括水含量，密度，孔隙率，可壓縮指數(shù)，堅(jiān)牢度，固體剪切指數(shù)等。

五、結(jié)論

本文介紹了預(yù)加載方法的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和注意事項(xiàng)，可為類似工程設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)人員提供參考。