塑料排水板堆載預壓法在廣州萬環東路路基工程中的應用

戴德軍，趙可昕，楊永民，程 喜

(1.中鐵十九局集團廣州工程有限公司，廣州 511458；2.華南理工大學，廣州 510410；3.仲愷農業工程學院，廣州 510225)

1 概述

軟土地基有著高壓縮性，抗剪強度低，含水量大，透水性大，還具有一定的流變性等[1-3]。在工程建設中，軟土地基的承載力無法達到工程建設所需的設計承載力，項目將發生無法忽視的地基沉降量，對工程產生巨大的安全隱患[4-7]。如果在軟土地基的上層，由于大氣循環和溫度的變化，導致土體中水分的蒸發從而使原本裸露在外的軟土形成具有一定硬度的土層，相比下覆軟土地基，其密實度較大、壓縮性和抗剪強度較高，具有一定的剛度，能夠承擔一部分外部荷載，被稱之為硬殼層[8-10]。

隨著對地基處理不斷深入研究，地基處理的相關技術也不斷完善，其中包括塑料排水板法處理軟基。塑料排水板自20世紀90年代引入我國，經過幾十年的發展技術已經得到很大的發展，塑料排水板別名塑料排水帶，有波浪型、口琴型等多種形狀。中間是擠出成型的塑料芯板，是排水帶的骨架和通道，其斷面呈并聯十字，兩面以非織造土工織物包裹作濾層，芯帶起支撐作用并將濾層滲進來的水向上排出，是淤泥、淤質土、沖填土等飽和粘性及雜填土運用排水固結法進行軟基處理的良好垂直通道，縮短了軟土固結時間[11-13]。此外，堆載預壓法控制沉降技術也在目前地基處理中也逐漸推廣使用。主要通過在地面上堆載，用大于或等于設計荷載的堆積荷載，促使地基土體發生排水固結來達到減少土體含水率和提高地基抗剪承載力，加載一段時間后，卸去荷載，地基土體主固結沉降提前完成，起到加固地基的作用[14-16]。

為了有效處理表面硬殼層的軟土地基，采用塑料排水板聯合堆載預壓法進行結合，該法施工簡單，技術施工要求不高，做法靈活，地基處理成本低，尤其適合建設工程工期緊促，需要提高加固效率的工程。本文介紹塑料排水板聯合堆載預壓法在廣州南沙萬頃沙萬環東路路基工程中施工過程中的應用，以期為類似工程提供參考。

2 工程概況

廣州市南沙區自貿試驗區萬環東路規劃為城市主干路，設計速度為50 km/h，道路紅線寬度為40 m，雙向6車道，整體呈南北走向。擬建道路起點位于8涌以西，由北向南，先后與沙尾路、友善路、9涌東路、紅蓮路、10涌西路及多條規劃道路平面交叉，并分別跨越8涌、9涌、10涌、11涌，終點位于11涌以南，道路全長為4 km，萬環東路工程在南沙功能區塊的位置如圖1所示。

圖1 萬環東路工程在南沙功能區塊的位置示意

區域的地質勘察結果表明，項目位于珠江三角洲沖積平原地帶，場地內單元揭露有分布廣泛且厚度較大的軟土層，軟土具含水率高、孔隙比大、高壓縮性等特點，容易引起壓縮沉降?？辈靺^特殊性巖土主要有人工填土和軟土，其中，勘察區淺表覆蓋層廣泛分布有人工填土，填料主要為耕植土一般分布在8涌9涌、10涌11涌，以黏性土為主；場區軟土主要為第四系海陸交互相沉積層(Q4mc)淤泥質土和淤泥，軟土呈流軟塑狀，含有較多有機質，具臭味，高含水量，易觸變性，高壓縮性，低強度，自穩能力差的特征，其主要工程地質問題是強度低，且在擾動后強度降低，在橫向與縱向上對巖土層的均一性有一定的影響，為工程建設的不利土層，軟土地層也是引起地面沉降的主要致災性土體。因此，施工過程中應針對軟土的特征，地基采取加固處理措施。工程所經區域均分布有軟土，且厚度較大，力學性質較差。為保證路堤穩定性，減小工后沉降和差異沉降，提高道路行駛舒適性，必須對新建道路進行軟基處理，滿足穩定、沉降及滿足構造物的承載力要求。

3 塑料排水板堆載預壓技術在萬環東路路基工程地基處理中的應用

項目采用“塑料排水板+砂墊層+等載預壓”施工技術，通過在軟土中打設排水板和設置水平排水系統，加快淤泥層在荷載作用下的排水固結，并通過填預壓土對軟基進行預壓的方法，在較短時間內減少或消除淤泥層的工后沉降，提高淤泥層的抗剪強度和承載力。

3.1 施工技術要求

塑料排水板間距為 1.2 m，三角形布置，砂墊層厚度為 0.6 m。堆載標高等于路床設計高程加0.94 m(路面結構換算土柱高度)，堆載預壓時間約為 12 個月，施工時應按該堆載標高靜態控制，隨沉隨補救。交工面承載力設計標準值為90 kPa。預壓荷載共分為2級：第1級荷載為路床填高，為永久荷載；第2級荷載為路面換算土柱高，約0.94 m，持續時間為12個月。路基堆載土方為粘性土，一般路段堆載預壓完成后，機動車道卸載至機動車道路面結構底面高程，非機動車道和人行道卸載至非機動車道和人行道路面結構底面高程，綠化帶(路面結構底基層以外部分)卸載至綠化帶設計頂面高程。低填淺挖段(路基填高小于1.48 m的路段)堆載預壓完成后全斷面卸載至機動車道路床頂面高程以下40 cm(即40 cm水泥土封層底面)。在塑料排水板頂面設置60 cm的中粗砂墊層，在堆載體外側可設置臨時排水明溝，排除地表積水，臨時排水溝尺寸為60 cm×60 cm的梯形溝，采用砂包碼砌，砂包內采用回填砂土填筑。

3.2 軟基處理工程概況

萬環東路地形地貌主要為珠江三角洲沖積平原地貌，地形較平緩，地勢較低。擬建萬環東路沿線地形較為平坦、開闊，地面高程一般在 4.00～8.50 m。萬環東路設計起點樁號為WHK0+000(8涌北側)，起點坐標(X=182 448.533，Y=70 193.552)，設計終點樁號為 WHK4+000(11涌東南側)，終點坐標(X=179 679.077，Y=72 980.361)。路基長度為3.559 km。其中軟基處理長度為3 083 m,塑料排水板共2 753 695延米，引孔量為92 904 m，雙向土工格柵為 184 285 m2，底砂墊層為99 022 m3，回填沙土為29 837 m3，預壓土為300 434 m3，沉降及寬填補方為151 077 m3。

水塘路基長為600 m，沙袋長為921 m，圍堰體積為 5 865 m3。路基軟基工程全線(除9涌、10涌、11涌橋梁段外)均采用塑料排水板+等載預壓施工固結處理，塑料排水按正三角形布置，間距為1.2 m，局部K0+215-K0+540排水板間距為1.1 m。填方高度平均值為3.5 m，考慮防洪排澇道路中線標高大于6.45 m，邊坡為1 m 粘度包邊,且噴草防護，坡腳做臨時排水溝，魚塘區抽水、排於、換填并增設擋水圍堰。

萬環東路工程施工前的地形地貌如圖2所示，一般路段軟基斷面處置如圖3所示，低填路段及挖方路段軟基處置如圖4所示。

圖2 萬環東路工程施工前的地形地貌示意

圖3 一般路段軟基斷面處置示意

圖4 適用于低填路段及挖方路段軟基斷面處置示意

3.3 塑料排水板的質量及施工質量控制

所采用的塑料排水板應符合規范中規定的各項性能指標及外觀檢測標準的要求[16]，縱向通水量為72 cm3/s(≥40)、復合體抗拉強度為1.9 kN/10 cm(≥1.5)、濾膜拉伸強度縱向干態為33 N/cm(≥30)和橫向濕態為29 N/cm(≥25)、濾膜滲透系數為5.9×10-4(≥5×10-4)以及濾膜等效孔徑為0.069 mm(<0.075，以O95計)。

此外，塑料排水板在現場應妥加保護，防止陽光照射，下沉時不得出現扭結、斷裂、濾膜破損或污染等現象；板深不小于設計要求，排水板在井口外應伸入砂墊層50 cm以上；塑料排水板樁間距允許偏差為±150 mm，板豎直度≤1.5%H。

3.4 施工應用過程

具體的軟基處理施工流程如圖5所示，施工過程如圖6所示。

圖5 軟基處理施工流程示意

a 場地平整清表

在施工過程中，砂墊層的具體要求：① 材料要求：中粗砂，粒徑為 0.5～2 mm，粘粒含泥量不大于 5%；干密度應大于 1.5 t/m3，滲透系數應大于 0.01 cm/s；② 可以用人工或輕型機械分層鋪填，平整度要求±8 cm；③ 插水板完工后要進行補砂，保證砂層完整。

雙向土工格柵技術要求：雙向鋼塑格柵每延米縱橫向拉伸屈服力不小于 80 kN/m，標稱伸長率不超過 3%，2%伸長率時的抗拉強度不小于 72 kN/m，結點厚度不小于 5 mm，結點極限剝離力不小于 500 N。單幅寬度不小于2 m，其縱向連接采用鉛絲綁扎，橫向可采用搭接，搭接寬度不小 0.1 m。

3.5 軟基處理施工監測

監測是軟基處理工程的重要組成部分,地基加固的施工過程中，通過埋入地基土中的各種儀器，可反映地基預壓荷載大小、地基的固結、沉降和位移隨時間和空間的變化。通過對觀測數據進行處理、分析、計算，從而進行相應評估和動態設計，保障了路堤填筑時的穩定性，為合理確定預壓時間和卸載時機提供了可靠依據。項目的監測點布置情況如圖7所示，其中I為地表沉降點監測，⊙為邊樁，沉降標在墊層鋪設施工前埋設，待墊層鋪設完成后讀取標高數據，一般監測斷面在軟土路基處治路段原則上按100 m間距布設，不同處治方案路段均布設。

圖7 塑料排水板堆載預壓施工過程(單位：m)

根據推薦方法進行分析評估[18-19]，平均沉降速率路基中心沉降量≤5 mm/月(連續2個月)或者當工后沉降量小于容許工后沉降，即橋臺與路堤相鄰處≤10 cm，涵洞及綜合管廊處≤20 cm，一般路段≤30 cm，地基固結度≥90%，即可對預壓路段軟基進行卸載。

對萬環東路典型斷面進行了為期16個月的監測，監測期間的地表沉降累計變化/荷載以及表層沉降變化速率變化情況如圖8和圖9所示。

圖8 萬環東路 K1+500～K1+900 路段一般堆載預壓期間表層沉降累計曲線示意

圖9 萬環東路 K1+500～K1+900 路段表層沉降變化速率曲線示意

由圖8中可見，監測期間內荷載變化較為平穩，荷載值≤60 kPa；各監測點在監測期間的地表沉降累計≤1 000 mm，完全滿足橋臺與路堤相鄰處、涵洞及綜合管廊處和一般路段的要求。

由圖9中可見，監測期間內荷載變化大概分為4個階段，即加載前2個月，荷載值有顯著增加；加載后第3個月至第5個月，荷載處于50 kPa左右，較為平穩；加載后第6個月至第10個月，荷載處于55 kPa左右，較為平穩；加載后第11個月之后，荷載處于60 kPa左右，保持平穩態勢。各監測點在監測期間的沉降變化速率在前4個月存在較大波動，4個月后速率基本處于平緩狀態，貼近0.0 mm/d，完全滿足沉降量≤5 mm/月(連續2個月)的要求。

4 結語

1) 萬江東路路基為軟土基地，采用“塑料排水板+砂墊層+等載預壓”施工技術，通過在軟土中打設排水板和設置水平排水系統，加快淤泥層在荷載作用下的排水固結，并通過填預壓土對軟基進行預壓的方法，在較短時間內減少或消除淤泥層的工后沉降，提高淤泥層的抗剪強度和承載力。

2) 對萬環東路典型斷面進行了為期16個月的監測，監測期間內荷載變化較為平穩，荷載值≤60 kPa；各監測點在監測期間的地表沉降累計≤1 000 mm，各監測點在監測期間的沉降變化速率在前4個月存在較大波動，4個月后速率基本處于平緩狀態，完全滿足橋臺與路堤相鄰處、涵洞及綜合管廊處和一般路段的要求。