超深软土地基超载预压的研究

超深软土地基超载预压的研究

谢惠静

广西城乡规划设计院高级工程师 广西南宁 530022

[摘要]：在道路建设过程中，道路路基领域中不确定的因素多、问题复杂、难度大。软土路基处理也是工程设计的重点难点。因此，处理好地基问题，以及合理选用地基处理方法，不仅关系所建工程是否安全可靠，而且关系所建工程投资大小，处理好地基问题具有较好的社会和经济效益。

[关键词]：超深软土；地基处理；超载预压

我国地域辽阔，工程地质条件变化大，地基的处理方案也很多，每种处理方案和形式都有适用性、局限性和优缺点，没有一种地基处理方案是万能的，结合项目软基的分布特点，通过地基处理的实际计算，因地制宜是选用地基方案的一项重要原则。

超载预压超载预压法是处理软土地基的有效方法之一。属于堆载预压法的一种，即在被加固地基上采用堆载达到施加预压目的的排水固结方法，当预压荷载大于使用荷载时，称为超载预压法。

1.1项目软基分布特点

场地地层按岩土层的成因类型、岩性结构、工程地质特征、埋藏深度和风化程度分类，软土如下：①素填土、②淤泥、③0粉质粘土（深灰、灰褐色、褐黄、浅黄）、③1淤泥、③2淤泥质土：

①素填土（Qml）：灰褐色、棕红色，干-稍湿，未经人工压实处理，结构松散。层厚0.50～5.10m，平均2.39m，层顶埋深0.00m。

③粉质粘土:褐黄、灰褐色，浅灰、深灰、灰黑色，可塑状为主，主要由粉粘粒组成，干强度、韧性、压缩性中等，无摇振反应。层厚0.50～14.0m，平均4.02m，层顶埋深0.00～23.30m。

③1淤泥：深灰、灰黑色，流塑～软塑状，主要由泥质组成，略有腥臭味，见有少量腐殖质，干强度及韧性高，高压缩性，摇振反应一般，稍具光泽。层厚1.20～17.90m，平均6.26m，层顶埋深1.00～7.40m。

③2淤泥质土：深灰、灰黑色，软塑状为主，局部为流塑状，主要由粉粘粒及泥质组成，略有腥臭味，见有大量腐殖质，干强度及韧性高，高压缩性，轻微摇振反应，稍具光泽。层厚0.70～20.10m，平均8.19m，层顶埋深0.50～12.30m。

总的来说，软土厚度平均深度在6～10m左右。

1.2设计参数要求

1）容许工后沉降：桥台与路堤相邻处≤10cm，涵洞或涵洞式通道处≤20cm，路堤≤30cm。

2）工后基准期为路面设计年限（15年）。

3）稳定验算和沉降计算按成层地基进行。路堤整体抗剪稳定验算采用圆弧条分法，稳定安全系数采用有效固结应力法计算。

4）主固结沉降采用分层综合法计算，压缩试验资料采用e~p曲线。总沉降采用沉降系数乘以主固结沉降计算所得，沉降系数采用1.1~1.4。

5）稳定验算和沉降计算已考虑路堤在施工期与预压期由于地基沉降而多填筑的填料增重的影响；稳定验算已考虑地基土层的强度增长系数。

6）地基和路堤的抗剪强度均采用直接快剪试验和固结快剪试验指标。

1.3沉降的计算

计算目标: 计算沉降、承载力和稳定

路堤设计高度: 1.860(m)

路堤设计顶宽: 50.000(m)

路堤边坡坡度: 1:1.500

沉降计算参数:

地基总沉降计算方法: 经验系数法

主固结沉降计算方法: e-p曲线法

沉降计算考虑超载

超载产生的地基附加应力采用：直接法

沉降修正系数: 1.200

沉降计算的分层厚度: 0.500(m)

分层沉降输出点距中线距离: 0.000(m)

压缩层厚度判断应力比 = 15.000%

基底压力计算方法:按多层土实际容重计算

计算时考虑弥补地基沉降引起的路堤增高量

工后基准期起算时间: 最后一级加载(路面施工)结束时

基准期开始时刻: 最后一级加载(路面施工)结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为 = 2.092(m)

路面竣工时,地基沉降 = 0.232(m)

路面竣工后,基准期内的残余沉降 = 0.036(m)

基准期结束时,地基沉降 = 0.268(m)

最终地基总沉降 = 1.200*0.229 = 0.275(m)

1.4软基处理方案

根据本项目软土的特点、施工工期长和计算分析结果，软基处理方案采用塑料板超载预压处治。

1.4.1超载预压处理原理

堆载预压法是指在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之缩小，地基发生固结变形。同时随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度逐渐增长，达到预定标准后再卸载，使地基土压实、沉降、固结的方法。

关于欠载、等载、超载高程的定义：

（1）当预压高度h=0m时，为欠载预压。欠载高程=上路床顶高程。

（2）当预压高度h=1.04m（即是路面结构荷载换算成土柱的高度）时，为等载预压。等载高程=路床设计高程+1.04m。

（3）当预压高度h大于1.04m时，为超载预压。超载高程=等载高程+超载高度。

本项目为加快堆载预压处理速率，采用超载预压方式,超载1m，预压高度h=2.04m。

1.4.2超载预压结构设计

（1）场地平整、水平排水系统及土工格栅

1）现状地面处直接清除表面杂草及垃圾、平整场地。低洼地带则需清除表面浮泥，晾晒后回填至工作面。

2）场平工作面上铺设60cm厚中粗砂垫层，砂垫层的作用一方面是水平向的排水通道，另一方面是为施工机械提供工作垫层。砂垫层填筑时应分级密实，压实系数不小于93%。每层压实厚度宜为10～20cm，砂垫层顶面应做成3%的横坡。施工时垫层横向应延伸出坡脚外1m，砂垫层采用土工布包边，填筑路基土期间禁止包边土包裹，以利于排水。

3）路堤堆载体外设排水明沟，沿道路中心线左、右各偏12m设置主盲沟，次盲沟沿道路横向布置，间距50m，主次盲沟交叉处设置集水井，在堆载和预压期内应采用抽水机强制排水。盲沟采用渗滤土工布包裹碎石形式。预压期完成后，高出路床顶的集水井应拆除，清除管内杂物，回填砂性土。

4）施工完排水砂垫层后铺设第一层土工格栅，待路基填筑50cm后再铺设第二层。铺设时，应在路堤两侧每边各留不小于2m的锚固长度，土工格栅沿路堤横向铺设。对于衔接部的土工格栅按路基纵向铺设。土工格栅搭接长度不小于0.3m，土工格栅应用U型钉固定，间距2m，按正三角形布置。

1.3.3施工要求

1. 设土工格栅砂垫层表面应平整，不得有混凝土块、石块或其它尖锐的物体留置地面，在距离土工格栅8cm内的路基填料其最大粒径不得大于6cm。

2. 土工格栅搭接应牢固，在受力方向的联结处的强度不得低于材料设计抗拉强度，其叠和搭接长度不小于0.3m.

③为确保土工格栅的整体性，施工中土工格栅的联结采用绑扎锚固法。

④铺设土工格栅时，保持其连续性，不要出现扭曲、褶皱、重叠现象，特别要避免尽量拉伸。

⑤土工格栅铺设后应及时回填（暴露时间不应超过48h），土工格栅上的第一层填土应采用轻型推土机或前置式装载机逐段推进。一切车辆、施工机械只允许沿路基的轴线方向（纵向）行驶，禁止直接在土工格栅上行驶。

⑥土工格栅质量要求符合相关规定要求。路基采用复合钢塑土工格栅，双向抗拉强度不小于50kN/m，土工格栅性能指标选用规范《公路工程土工合成材料土工格栅第一部分钢塑格栅》JT/T925.1-2014中GSGS50-50规格或以上规格。

（2）竖向排水系统

在工作面上铺设0.4m砂垫层后，在堆载预压区范围内打设塑料排水板，塑料排水板间距1m，正方形布置，应穿透淤泥层进入下卧砂层或粘土层不小于0.5m，此时塑料排水板应露出砂垫层50cm，剪断排水板，将排水板进行弯折，再铺设0.2m砂垫层，整平、压实。

（ 3）竖向排水体材料要求

竖向排水体采用防淤堵塑料排水板,具有整体性好、抗拉强度大、通水量大的特点。该排水板的滤膜可以根据粘土颗粒度调整孔径的大小，达到最好的排水及防淤堵效果。塑料插板的断面尺寸采用100mmx4mm，塑料排水板应具有足够的抗拉强度，沟槽表面平滑，尺寸准确，能保持一定的过水面积，抗老化能力应在一年半以上并具有耐酸碱抗腐蚀性，排水板的性能应不低于下表要求，A型排水板打设深度小于15m；B型排水板打设深度小于25m；C型排水板打设深度小于35m；施工时根据打设深度选用。本设计推荐采用B型排水板。（各类型排水板技术参数见下表）

进场的防淤堵塑料排水板使用性能应由专门的质检单位进行检验，整个排水带应反复对折5次不断裂才被认为合格。施工工程中加强对排水板的保护，运输过程中严禁破坏排水板的滤膜，并应室内保存，防止日照，使芯板老化。

（4）路基主体填筑

路基填筑应分级进行，每级填筑土需分层压实，各级填土压实度要求应满足路基压实度要求。堆载土分层施工，每层0.3m，分层碾压、形成路拱。堆载土卸载应分级卸载，保留0.3m原土不卸，待各项准备工作完成，可立即施工路面基层时再卸载保留的0.3m原土。

（5）预压设计

本工程堆载应分层逐级进行，过程应进行沉降、边桩位移及孔隙水压力的观测，控制加载速率。预压土压实度应符合路基压实度填筑要求，堆载土沉降高度范围内填土为沉降压实土，压实度填筑要求应符合路基压实度填筑要求。本次工程超载土方可在最后一级填筑间歇时间完成后一次加载完成。该部分土体材料没有特殊要求，碾压标准可适当降低，即：压实度不小于85%即可。当加载至设计高程后，预压时间应不小于设计预压期，路基顶面卸载需在推算的工后沉降小于设计工后沉降容许值，方可进行下道工序施工。超压路堤顶面在卸载前的任何时候都不应低于超压标高30cm，也不应高于超压标高20cm。产生沉降后要及时补填，一般情况下每15天应回补一次。

路基填筑至设计的预定高程后，排水固结区域应保证不小于6个月的预压期，实际预压时间应根据沉降观测和稳定要求确定。

1.5结语

超载预压排水固结法是通过预压荷载，使被加固土体中的孔隙水排出，有效应力增加，土中空隙体积减小，密实度加大，土体强度得到提高，地基承载力提高的方法。在我们东南沿海广泛分布着沉积的软弱土层，超载预压法费用相对较低，超载预压方案的技术的提高，对保证工程质量、加快工程建设速度、节省工程投资具体特别重要的意义。

参考文献：

[1]李顺安，李艺明.一种快速加固软弱地基的施工方法[P].中国专利.2011.

[2]曾起召.真空联合堆载预压在较厚超软弱土地基处理中的应用[J].中国水运（下半月），2017（17）.

[3]罗卫新.真空联合堆载预压技术在公路路基加固施工中的应用[J].交通世界，2016（34）.