基于变形规律的沿海公路工程不同软基处理技术比较_祝龙旭.pdf

FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期我国沿海地区由于其独特的地理位置特性，分布着大量的软土层。因软土具有含水率高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高等特点1，软土地基在荷载长期作用下，易产生滑移和过大沉降变形，进而造成路堤塌方、路床失稳与桥头跳车等问题2。为了规避软土地基带来的危害，需要对软土地基进行加固3。因此，有必要研究不同处理方式对软土地基的加固效果，确保道路工程在运营过程中的安全性和稳定性。本文依托某沿海地区公路工程软土地基路堤施工项目，对比分析天然软土地基、水泥搅拌桩加固软土地基、塑料排水板加固软土地基的沉降和侧移变形规律，以评判软基处治方式的适宜性。1软土地基处治技术及种类目前软土地基处治方式很多，不同处治方式的特点及适用性差异较大，在软土地基处治时应因地制宜。工程中常见软土地基处治类别及适用范围见表1。摘要某沿海公路项目软土地基考虑采用塑料排水板和水泥搅拌桩2种处治方案，通过长期监测天然软土地基、塑料排水板和水泥搅拌桩加固处理的软基沉降和侧向位移，分析其变形规律，表明2种软基处治方式均能满足工程需求。考虑造价因素，涵洞、桥头、挡墙等重要部位附近路段，采用水泥搅拌桩法；一般软基路段，采用塑料排水板法。关键词软土地基塑料排水板水泥搅拌桩变形规律基于变形规律的沿海公路工程不同软基处理技术比较祝龙旭(福州市城乡建总集团有限公司，福州350007)表1软土地基处治类别及适用范围处治类别处治形式适用范围置换砂垫层极限高度（指未任何特殊处理能够填筑路基最大高度）大于2倍路堤高度；薄软土层；软土表面硬壳层土渗透系数较小情况；具有双面排水性较厚软土地基；施工期限较长、砂料充足、砂料能快速运输的施工环境强夯置换粉黏土或软黏土地基抛石挤淤淤泥或者淤泥质黏土地基石灰桩含水率高的饱和黏性土、淤泥、淤泥质黏土等地基排水固结加载预压软黏土、杂填土、泥炭土等地基，一般加载预压对所加固的土层没有特别的要求真空预压确保土层密封效果，即要求附近土层范围不能出现充足水源补给超载预压处治软黏土地基较有效方法灌入固化物深层搅拌法分为喷浆搅拌与喷粉搅拌；一般适用于淤泥及淤泥质黏土地基，如有机质含量高需试验判断高压旋喷桩分为喷浆搅拌与喷粉搅拌；一般适用于淤泥及淤泥质黏土地基，如有机质含量高需试验判断挤密灌浆桩一般适用于压缩性较好的软土层，且排水条件较好震密挤密强夯法一般适用于黏性土或者粉土地基，且远离居民区砂石挤密法砂土地基或非饱和黏土地基加筋加筋垫层法适当工艺条件下适用于各类软土地基钢筋混凝土桩各类深层软弱地基长短复合桩各类深层软弱地基道路工程10福建交通科技2023年第1期道路工程本文就排水固结（塑料排水板法）和灌入固化物（水泥搅拌桩法）2种软基处治方法进行比较分析。2工程概况拟建路基段存在深厚软土层，淤泥和淤泥质土层相互交错，土层平均厚度7.6032.50 m，最大层厚42.30 m，层面埋深0.504.60 m。土体呈灰黑色、深褐色，主要成分包括黏粒和粉细砂，并含有少量矿物质和有机物，含贝壳残骸，味腥臭。土体总体饱和且具有流塑性，横向变形较大。因此，在路基工程施工时，应对该软土地基进行加固处理4。3地基处理情况为了增强软土地基的承载能力，降低其工后不均匀沉降，拟使用2种方案进行软土地基处治，方案一为水泥搅拌桩法+堆载预压，如图1、2所示，方案二为塑料排水板法+堆载预压，如图3、4所示。图1水泥搅拌桩法+堆载预压断面图图2水泥搅拌桩水平布置图图3塑料排水板法+堆载预压断面图图4塑料排水板水平布置图方案一：以水泥作为固化剂，通过专用的机械设备将水泥喷入软基的土体中，在软土地基深处将软土和水泥强制搅拌，通过水泥和软土之间产生的物理化学反应，使软土硬结。同时在砂垫层上部按照设计要求进行堆载预压，起到提高软土地基固结沉降速率、降低工后沉降的目的。方案二：通过在软基中埋设塑料排水板，并在其顶部铺设砂垫层，可以有效固结排水。同时按照方案一的方式进行堆载预压。4软土地基变形监测方案4.1测点的布置方式为监控施工质量，评价加固效果、控制逐级填土加载速率以及卸载标准，本工程通过埋设浅层沉降板、分层沉降标监测软基沉降，通过位移桩和测斜管监测侧向水平位移。各断面的沉降及稳定观测的测点布置方式如图5所示。图5沉降及稳定观测设备埋设图4.2沉降设备的埋设方法4.2.1浅层沉降板的布设在天然软土地基或进行加固处理后的软土地基上铺设垫层后，进行浅层沉降板的埋设，埋设按照设计要求2050 m布设1个断面，每个断面包括路中、路肩、坡脚。沉降板采用50 cm50 cm0.8 cm的钢板，钢板中间焊接长度为50 cm的钢管。埋设11FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期时，应在碎石垫层上人工开60 cm60 cm20 cm的坑槽，并用中粗砂配合水准尺找平，保证测杆垂直偏差率应不大于1.5%，沉降板下放后将PVC保护管套入测杆。埋设完成后，用水准仪测量并记录其初始标高。在每次填土后向上焊接50 cm的测杆，同时接长保护管。4.2.2测斜管的埋设测斜管通常埋设于路堤坡脚处或排水沟外缘1.0 m左右。埋设前应进行实地考察判断可能出现地基土体水平位移最大平面位置，大致了解预钻孔区域土体的塌孔速度，确保埋管能够顺利进行。测斜管埋设时采用钻机钻孔，孔长贯穿整体软基至土体持力层下50 cm，应注意保证导孔垂直，倾斜率不大于1.5%。在埋设时，应保证管内十字导槽对准路基的竖向及横向。当钻孔较长或观测时间与埋设时间接近时，须用注浆法回填孔壁空隙；反之静等土体自然收缩或回填细砂。5实测沉降及侧向水平位移数据分析考虑到监测数据的连续性，分别在天然软土地基段、水泥搅拌桩加固段、塑料排水板加固段中选取一个沉降及稳定观测设备在填土堆载预压的过程中未受到施工破坏的断面进行沉降及侧向水平位移的规律分析。5.1浅层沉降板数据分析软基在堆载预测过程中的沉降荷载时间曲线如图68所示。图6天然软土地基沉降荷载时间曲线图图7桩处理段沉降荷载时间曲线图图8板处理段沉降荷载时间曲线图根据沉降监测数据分析得出结论如下：（1）未经过处理的天然软土地基在填土堆载预压的初期，软土地基在受到外部荷载的作用下，土体颗粒互相挤密，土体中空隙、气态的体积快速缩小，有效应力显著增长，此时的日沉降量最大；在填土堆载一段时间后，由于此时的外部荷载压力已不易支撑土体颗粒的进一步挤密，日沉降逐渐趋于稳定；直到下一次填土，打破土体平衡，沉降量再次增大，沉降速率再次呈现先增后减的变化，土体又一次挤密，固结度再一次提高；（2）经过水泥搅拌桩桩、塑料排水板2种不同处治方式进行加固的软土地基其沉降规律也有所不同，塑料排水板加固软基的原理是通过提升软基的水平及竖直渗透系数，使软基提前完成主固结沉降，从而降低路面结构竣工后软基的沉降量，而水泥搅拌桩是通过加强软基的复合承载能力，达到减少软基沉降的目的，因此，塑料排水板软基在堆载预压期的累计沉降量明显高于水泥搅拌桩软基；（3）因为加固机理的不同，塑料排水板加固段从路肩到路中的累计沉降量相差较大，而水泥搅拌桩加固段从路肩到路中的累计沉降量差别很小，后者的不均匀沉降量要明显小于前者，且塑料排水板加固段从路肩到路中的沉降呈“盆式”分布显著；水泥搅拌桩加固段在填土堆载的初期，日沉降量也比较大，这是因为只有当桩顶上覆软土层被初次压缩挤密后，才会转由复合地基共同承担外部荷载。5.2测斜管数据分析测斜管监测数据如图911所示。根据位移监测数据分析得出结论如下：（1）根据深层位移数据所示，水泥搅拌桩处理段的最大水平位移发生在距离地面约15 m的位置，即桩底附近，表明这种处治方式的最大水平位移与桩的深度有关，主要原因在于桩底附加应力对土体产生影响，而导致了最大水平位移发生在桩底处；水泥搅拌桩加固区域的水平位移量与塑料排水板处理段水平位移量相比明显道路工程12福建交通科技2023年第1期道路工程减少；（2）塑料排水板处理段的最大水平位移出现相比天然软土地基向上推移了约1 m，出现在淤泥层与下部软弱土层交界处上部12 m的区域，并且该段的最大水平位移也由于渗透系数的增大，比天然软土地基要高出约15 mm，总体上该种处治方式水平位移比水泥搅拌桩处治方式大；可以看出该种处治方式最大水平位移发生处与地基处理深度关系不明显，主要原因在于地基模量增长缓慢，前期承载力无法施工要求，导致最大水平位移受附加应力影响，一般发生浅层位置，因此，该段要严格控制填土堆载以防止边坡滑移、路基坍塌。6结论通过长期监测天然软土地基、水泥搅拌桩和塑料排水板加固处理地基的沉降和侧向水平位移，分析其变形规律，表明：（1）水泥搅拌桩和塑料排水板加固处理地基都能取得很好的效果；塑料排水板辅助软土层加快排水固结，使土层自行发挥作用；水泥搅拌桩则让软土层居于次要地位，桩作为骨架发挥了主要承载作用，主要变形发生在桩土交接处；（2）水泥搅拌桩较塑料排水板法能更好地限制土层侧向水平位移，因此，涵洞、桥头、挡墙等关键部位附近路基路段，应着重考虑使用该处治方式；考虑造价因素，一般软基段采用塑料排水板法处治。参考文献1中华人民共和国交通运输部.公路路基施工技术规范：JTG/T36102019S.北京：人民交通出版社，2019.2罗应祥.高速公路软土路基的特点及处理方法探讨J.学术交流，2013（S1）：105-107.3郑刚，龚晓南，谢永利，等.地基处理技术发展综述J.土木工程学报，2012，45（2）：127-146.4卢怀，马时冬.深厚软土路基处理技术新进展J.公路，2012（9）：54-56.图11塑料排水板处理段深层水平位移监测曲线图9天然软土地基深层水平位移监测曲线图10水泥搅拌桩处理段深层水平位移监测曲线13