堆載預壓法在深厚軟土路基處理中的應用

文／付星華 廣東中山地質工程勘察院 廣東中山 528400

引言：

珠江三角洲流域普遍分布有深厚軟土層，尤其西岸的珠海地區淤泥和淤泥質土廣布，且厚度較大，軟土具有高含水率、高壓縮性、大孔隙比、抗剪強度低、滲透性差、結構性強、欠固結、呈流塑狀態等工程特性，在深厚軟土地基上修建路基易導致過大的工后沉降，嚴重時出現失穩現象。國內規范對軟土地區路堤的工后沉降和穩定安全系數提出了嚴格要求，深厚軟土路基常采用堆載預壓法、真空聯合堆載預壓法、水泥攪拌樁、素混凝土樁和管樁等進行處理。本文以珠海地區某主干路為研究對象，通過對比處理前后軟土性能指標的變化來評判軟基處理效果，通過監測手段獲得工后沉降數據及變化規律，采用可靠的沉降預測方法預測路基工后沉降，研究成果可為類似工程路基處理提供參考。

1、工程概況

1.1 項目概況

某城市主干路道路紅線寬度50m，雙向六車道，設計行車速度60km/h，設計長度約2.877km，擬建道路場地現狀為魚塘等低洼地貌，需要進行場平填土后方能修建路基，路基下分布有深厚淤泥層和淤泥質土層，采用堆載預壓法進行軟土路基處理。堆載預壓法設計參數如下：

采用SPB100-C 型塑料排水板，間距1.2m，正三角型布置，平均板長23m。水平排水砂墊層采用中粗砂，厚度60cm，其中粗砂含量不少于30%。整平標高2.9m，堆載土厚度3.5m，預壓期沉降量預估值為1.2m，預壓期為6 個月。采用3 級分級加載，設計工后沉降不大于25cm，處理后地基承載力特征值80kPa。堆載預壓軟基處理標準橫斷面如圖1所示。

圖1 堆載預壓軟基處理標準橫斷面（半幅）

1.2 工程地質概況

（1）填筑土（Q4）1：褐黃、灰褐色，部分路段位于施工便道上，主要由砂巖塊石、碎石及粘性土組成，塊石粒徑一般5～60cm，最大粒徑達1.0m 以上，塊石埋深較大且分布不規律，其余主要為耕植土含植物根系組成，層厚1.30～9.40m。

（2）第四系海陸交互相沉積層（Q）：該層由淤泥〈2-1〉、粘土〈2-2〉、淤泥質粘土〈2-3〉、粘土〈2-4〉組成：

1）淤泥2-1：灰黑色，含有機質，局部含少量貝殼碎片，具臭味，呈飽和、流塑狀態，本層局部含少量中粗砂。層底埋藏深度介于14.30～25.90m，相當于高程介于-24.86～-11.68m，揭露厚度10.20～25.90m。

2）粘土2-2：褐黃色、灰白色，主要成分為粘粒，土質一般較純，局部含約50%粗砂，呈飽和、可塑狀態。層底埋藏深度介于15.20～28.50m，相當于高程介于-27.06～-12.58m，揭露厚度0.70～3.40m，層厚不詳。

3）淤泥質粘土2-3：灰黑色，含有機質，局部含腐植質，略具臭味，呈飽和、流塑狀態。層底埋藏深度介于21.30-36.50m，相當于高程介于-34.49～-18.86m，揭露厚度2.90～12.70m。

4）粘土2-4：褐黃色、灰白色，主要成分為粘粒，土質較純，呈飽和、可塑狀態。層底埋藏深度介于23.40-38.90m，相當于高程介于-36.89～-20.96m，揭露厚度2.00～2.80m。

各地層工程特性指標如表1所列：

表1 各地層工程特性指標

2、處理效果分析

2.1 室內土工試驗

軟基處理前后分別取樣進行室內土工試驗，處理前后的淤泥主要指標對比如表2所列，由表2可知，含水量由60.8%降低至52.4%，降低幅度為13.8%；天然重度由16.0kN/m提高至17.2kN/m，提高幅度為7.5%；孔隙比由1.565 降低至1.340，降低幅度為14.4%；液限由50.86%降低至45.4%，降低幅度為10.7%；塑限由28.4%降低至25.9%，降低幅度為8.8%；壓縮模量由1.80MPa 提高至2.62MPa，提高幅度為45.6%；粘聚力由4.0kPa 提高至9.8kPa，提高幅度為145%；內摩擦角由3.0°提高至7°，提高幅度為133%；表明經堆載預壓處理后淤泥發生固結沉降，孔隙水排出，孔隙比減小，土體倍壓密，承載力提高，可有效減少工后沉降。

表2 處理前后淤泥主要指標對比

2.2 十字板剪切試驗

對比堆載預壓與未處理的十字板強度，可以看出未進行地基處理時，原狀土的抗剪強度隨著深度稍有增大，增大不明顯。這是因為十字板測試的范圍內土均為淤泥或淤泥質土，呈欠固結狀態，土的強度差異較小。當進行堆載預壓處理后，土的抗剪強度總體顯著增大，堆載預壓前后原狀土強度C分別為17.3kPa 和35.2kPa，增長了約1.0倍，殘余強度C分別為4.5kPa 和9.3kPa，增長了約1.1倍。

2.3 靜力觸探試驗

對比堆載預壓與未處理的靜力觸探曲線，可以看出未進行地基處理時，8.1m～16.6m 相同深度處，經過堆載預壓處理前后的錐頭阻力分別為0.1962MPa 和0.3205MPa，側阻力分別為10.42 kPa 和10.06kPa，側阻力與錐阻力的摩阻比分別為5.68 和3.46。

由于錐頭阻力、側阻力均與土層的強度和壓縮模量成正相關，因此通過對比可以看出，軟土地基經過堆載預壓處理后，其錐頭阻力和側阻力均顯著增大，即處理后地基承載力和壓縮模量增大，經堆載預壓處理后路基穩定性提高，工后沉降減小。

3、沉降監測與工后沉降預測

3.1 沉降監測

本項目2017年底竣工，2020年11月測量了道路標高，經與設計標高對比，竣工至2020年11月沉降了約140mm，2020年11月開始工后沉降監測，監測頻率1次/月，累計監測12 個月，作沉降與時間關系曲線如圖4所示。

3.2 工后沉降預測

根據沉降與時間的變化規律，選取測點3 沉降數據采用雙曲線法進行擬合，如圖5所示，由圖5可知，沉降量與時間呈雙曲線關系，擬合精度R=0.922，表明擬合程度較好。根據圖中參數推算工后沉降值=1/0.015-15.18=49.34mm，加上竣工至2020年11月已發生沉降140mm，則本項目采用堆載預壓處理總的工后沉降量為49.34+140=189.34mm＜300mm，滿足規范要求。

圖2 處理前后十字板剪切強度對比

圖3 處理前后靜力觸探曲線對比

圖4 沉降與時間關系曲線

圖5 對數法擬合曲線

結語：

（1）堆載預壓法處理后軟土發生固結沉降，工程特性指標得到有效的改善，提高了地基承載力和抗剪強度，確保路基穩定安全，同時壓縮模量增大，有效減小工后沉降。（2）根據沉降預測結果可知，堆載預壓法處理后路基工后沉降量小于規范要求值，表明堆載預壓法適用于本項目軟土路基處理，設計參數選取合理可行。