有無硬殼層袋裝砂井處理軟土地基現場監測數據分析

徐遠青

摘 要：針對軟土路基有無硬殼層的特點，根據廣東某高速公路袋裝砂井軟土路基現場監測數據，分別選取代表性的監測斷面進行分析，得出：有上覆硬殼層路段的沉降滯后于荷載加載。有上覆硬殼層路段的地表側向位移較小，隨著深度的增加，側向位移逐漸增加，在軟土層內側向位移達到最大;無上覆硬殼層路段的地表側向位移最大，隨著深度的增加，側向位移逐漸減小。有上覆硬殼層的軟土孔隙水壓力大于無上覆硬殼層的軟土孔隙水壓力。有無上覆硬殼層對袋裝砂井處理效果有顯著的影響。

關鍵詞：軟土路基;袋裝砂井;硬殼層;現場監測;數據分析

0 引言

軟土具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性的特點，表現出抵抗剪強度低、低滲透性、地承載力低等特征[1-3]。在軟土上直接修筑路基容易產生不均勻沉降，嚴重影響路基的安全和使用壽命，必須對其進行加固處理，才能滿足工程建設需要。袋裝砂井堆載預壓法作為處理軟土地基常用方法，和復合地基處理法相比，其從根本上改變地基的物理力學性能從而提高地基承載力，具有施工方法簡單、造價低廉，效果顯著，在國內的軟基處理工程中得到廣泛的應用研究[4-5]。但是對于有無硬殼層袋裝砂井沉降分析研究比較匱乏。

為此，本文結合廣東某高速公路袋裝砂井軟土地基處理工程實踐，分析袋裝砂井堆載預壓法在有無硬殼層路段的處理效果及特點。

1 工程簡介

廣東沿海某高速公路軟土路基中有較好硬殼層的路段約4 km，其余軟土路段硬殼層較差（可視為無硬殼層）。根據工程地質勘察報告，項目范圍內的軟土主要為淤泥質粉質黏土及淤泥質砂，其物理力學指標參數見表1。上覆地層主要為砂層、淤泥質粉質粘土及基巖風化殘積土。

根據軟土地基有無上覆硬殼層，本文選取硬殼層路段、無硬殼層路段各一個代表性監測斷面進行研究。硬殼層路段選取K13+380監測斷面為分析斷面，該斷面自上而下依次劃分為：①粉砂，層厚3.0 m，②淤泥質粉質黏土，層厚14.4 m，③中砂，層厚3.7 m;無硬殼層路段選取K15+450監測斷面為分析斷面，該斷面自上而下依次劃分為：①耕植土，層厚0.5 m，②淤泥質粉質黏土，層厚4.5 m，③粉質黏土，層厚3.1 m，④強風化碳質砂巖，層厚3.3 m。

2 監測內容

為確保軟土地基處理達到預期效果，監測項目包括地表沉降、路基水平位移、孔隙水壓力等，監測儀器布置如圖1所示。

2.1 地表沉降

采用鉆孔埋設沉降計監測地表沉降。在路基填筑施工前，分別在路基中線、左右路肩處鉆孔埋設沉降計。將沉降計測桿一端固定在地基深部的沉降影響區以外，另一端固定在地表，通過兩點之間的距離變化來反映地表的沉降，不受路基填土影響。

2.2 路基水平位移

采用位移計監測路基水平變形情況，當路基發生水平位移時，坡腳法蘭固定盤與路基坡腳同步位移，使傳感器的活動導磁體在其磁通感應線圈內發生相對滑移，通過讀數儀測出位移量，實現路基內部水平位移監測目的。

2.3 路基深層水平位移

采用測斜管監測路基深層水平位移情況，測斜管彎曲性能應以適應被測土體的位移情況為適宜。測斜管埋設于路堤邊坡坡趾（坡腳）外緣0.5 m～1.0 m的位置，測斜管底部深度應置于硬土層中1 m～3 m。

2.4 孔隙水壓力

采用振弦式滲壓計監測地基中軟土的超靜孔隙水壓力消散情況。埋設時，應采用一孔單只孔壓計埋設方法。

3 監測結果及分析

自2017年6月開始觀測，K13+380及K15+450監測斷面主要監測結果如下：

3.1 地表沉降監測分析

從圖2中的沉降曲線可知，左路肩的沉降量遠大于右路肩及路基中線的沉降量;由于同一斷面軟土性狀差異較大，在荷載相同的情況下，同一斷面產生較大的差異沉降。路基在完成預壓后的短時間內地表沉降還是按上一級荷載沉降速率繼續沉降，而后沉降速率變緩逐漸收斂，沉降曲線具有明顯的拐點。從預壓完成時間與沉降曲線拐點時間看，沉降明顯滯后荷載的加載，由于該監測斷面具有良好的硬殼層，硬殼層對軟土沉降具有滯后性，造成沉降滯后荷載加載。

從圖3中的沉降曲線可知，該沉降曲線為典型的軟土路基加載沉降曲線。由于同一斷面軟土性狀差異較大，在荷載相同的情況下，同一斷面產生較大的差異沉降。與圖2對比可知，硬殼層軟土路基沉降曲線具有明顯的拐點，且沉降滯后荷載加載。

3.2 地表水平位移監測分析

從圖4可知，隨著路基填土荷載的增加，地表水平位移始終保持較小的數值，始終處于10 mm的范圍內;路基荷載作用于硬殼層時，硬殼層強度及剛度較大、結構性較好，產生的變形較小。硬殼層向下沉降變形時，除了能夠將承受的荷載傳遞到更大的面積上，減少軟土單位面積上承受的荷載，同時對下臥的軟土具有良好的封閉作用，限制下臥軟土變形。綜合上述因素硬殼層路段地表水平位移較小。

從圖5可知，隨著路基填土荷載的增加，地表水平位移逐漸增加，荷載沉降曲線收斂時，地表水平位移達到最大，并趨于穩定。在無硬殼層的軟土區域，由于軟土具有較強的流變性，在受到荷載時，除了發生垂直沉降以外還會發生水平位移，故無硬殼層軟土路基的水平位移較大。與圖4對比可知，在硬殼層較好的區域，地表水平位移很小;在無硬殼層的區域，地表水平位移較大，硬殼層可以很好的限制地表位移。

3.3 空隙水壓力分析

從圖6可知，當路基荷載增加時，空隙水壓力也隨之增大，而后緩慢減小;隨著荷載的逐漸增大，空隙水壓力出現負值的情況，并持續一定時間;在荷載增大到一定程度后，孔隙水壓力恢復正值。在受到荷載作用作用前期，硬殼層傳遞給軟土層附加應力小于其抗剪強度，軟土僅發生壓縮變形，產生超孔隙水壓力，此時空隙水壓力表現為正值;隨著荷載增大，硬殼層傳遞給軟土層附加應力大于其抗剪強度，軟土不僅發生壓縮變形，而且也發生剪切變形，當剪切變形大于壓縮變形時，表現出的孔隙水壓力為負值;荷載繼續增大時，硬殼層的封閉作用限制軟土變形，壓縮變形大于剪切變形，表現出的孔隙水壓力為正值。

從圖7可知，隨著荷載的增加，軟土層孔隙水壓力處于一個較低穩定的狀態。由于沒有硬殼層的影響，軟土層在受到荷載時，超孔隙水通過袋裝砂井排出，使得軟土中孔隙水處于較低的水平，確保路基的穩定。與圖6對比可知，無硬殼層軟土地基中的孔隙水壓力比硬殼層路段孔隙水壓力小;無硬殼層路段軟土含水量較小，硬殼層路段軟土含水量較大;有無硬殼層對軟土孔隙水影響較大，對袋裝砂井的處理效果影響較大。

3.4 深層位移監測分析

從圖8可知，K13+380斷面地表側向位移較小，隨著深度的增加，側向位移逐漸增加，在軟土層中側向位移達到最大。硬殼層將荷載傳遞至軟土層，在軟土的強度較低、流動性強的特性下，最大側向位移發生在深處的軟土中;硬殼層強度及剛度較大、結構性較好的特點，地表的側向位移較小。

從圖9可知，K15+450斷面地表側向位移較大，隨著深度的增加，側向位移逐漸減小。在荷載作用下，由于軟土的高靈敏度、強流動性，地表側向位移最大。與圖8對比可知，硬殼層路段，路基的最大側向位移發生在路基深度，無硬殼層路段最大側向位移發生在地表。

4 結語

根據K13+380、K15+450監測斷面分析結果可得，無論軟土層上有無上覆硬殼層，袋裝砂井預壓處理都具有良好的排水固結效果。同時根據軟土層上有無上覆硬殼層，得出以下結論：

（1）有上覆硬殼層路段的軟土路基加載沉降曲線具有明顯的拐點，且沉降滯后荷載加載。

（2）有上覆硬殼層路段的軟土路基地表位移較小，隨著深度的增加，側向位移逐漸增加，在軟土層內側向位移達到最大;無上覆硬殼層路段的軟土路基地表位移較大，隨著深度的增加，側向位移逐漸減小，在地表側向位移達到最大。

（3）在硬殼層厚度確定的情況下，隨著荷載的增加，軟土中的孔隙水壓力相應的加大;在荷載填筑過程中，軟土中的孔隙水壓力變化明顯。有上覆硬殼層軟土層孔隙水壓力大于無上覆硬殼層軟土層孔隙水壓力。

（4）軟土路段有無上覆硬殼層對袋裝砂井處理有顯著的影響。

參考文獻：

[1]龔曉南.復合地基設計和施工指南[M].北京.人民交通出版社，2003.

[2]龔曉南.地基處理手冊（第三版）[M].北京.中國建筑工業出版社，2008.

[3]柴躍進.某鐵路車站軟土地基的沉降變形特征[J].鐵道科學與工程學報，2013，10（04）：95-99.

[4]何春保.潮汕機場軟土地基處理試驗研究及沉降規律分析[J].施工技術，2014（13）：71-75.

[5]劉熱強，蔣建清.海相軟土地基的塑料排水和袋裝砂井聯合堆載預壓加固方法[J].公路，2015（04）：42-50.

[6]汪志強，唐彤芝，黃康理.真空聯合堆載預壓處理深厚軟基試驗和數值分析[J].江蘇大學（自然科學版），2012（01）：110-113.