某圍墾區(qū)市政工程軟基處理措施初探

劉 麗

（上海市政工程設(shè)計研究總院，上海200092）

0 引言

對于沿海城市，土地資源緊張和稀缺是制約經(jīng)濟社會發(fā)展的一個瓶頸，圍海造地成為土地開發(fā)的主要途徑。圍海造地完成后，市政工程建設(shè)對路堤和管道的變形和穩(wěn)定提出了較高的要求，必須對軟土地基進行加固處理，以減少沉降，保證地基的穩(wěn)定性。在此種情況下，軟基處理方法的選擇使用對工程質(zhì)量、工期和經(jīng)濟效益均有重要的影響。

1 圍墾區(qū)的情況

1.1 吹填前場地工程地質(zhì)情況

圍墾區(qū)所屬地貌單元為濱海區(qū)河口相沖海積平原。場地原為圍墾淤積形成，地形平坦，區(qū)內(nèi)溝汊、養(yǎng)殖塘密布，場地平均標高約為2.0 m，軟土厚約30～40 m，工程地質(zhì)情況差（見表1所列）。

1.2 吹填及軟基處理概況

該墾區(qū)采用近海的海底粘性土作為吹填料。此類吹填土含粘土顆粒較多，天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、滲透系數(shù)小，一般呈流塑狀態(tài)。

該區(qū)域吹填后標高為3.7 m，地塊采用真空預壓的地基預處理措施：塑料排水板呈正方形+正方形中心點共5點的布置形式，正方形邊長0.8 m，4處正方形角點排水板板長7.5 m，1處中心點排水板板長3.2 m。

1.3 市政工程建設(shè)內(nèi)容

該墾區(qū)占地面積較大，包含主干路、次干路、支路等多條道路，縱斷面設(shè)計標高在4.4～7.3 m之間，按地面標高3.7 m考慮，路堤填土高度在0.7 m～3.6 m不等。

道路下均埋設(shè)給水、雨水、污水管道，其中，給水管道埋深較淺，雨水管道埋深在2.5 m～4.5 m之間，污水管道埋深在2.5 m～8.5 m之間。

污水管道開槽埋管采用HDPE管，頂管施工段采用離心澆鑄玻璃鋼夾砂管，接口采用玻璃鋼“F”型接頭。雨水管道，管徑：＜DN1000，采用HDPE管；管徑：≥DN1000，采用離心澆鑄玻璃鋼夾砂管。

2 市政工程軟基處理方法的分析

2.1 軟基處理的目的

作為市政工程，軟基處理需要從以下兩個方面來考慮：一、控制工后沉降；二、保證地基承載力。沉降控制標準見表2所列。

根據(jù)表2，一般路段工后沉降按0.25 m來控制。

2.2 軟基處理的措施

（1）提高地基的承載力及抗剪切強度；

（2）降低地基的壓縮性；

（3）改善地基的透水特性。

2.3 軟基處理的方法篩選

對于該墾區(qū)，設(shè)計標高：≤5 m的低填方路段占全部道路長度的80%；設(shè)計標高：＞5 m的高填方路段占全部道路長度的20%。所以，80%低填方路段是否進行軟基處理，如果處理采用何種處理方式，其對工期及投資的影響有多大。根據(jù)經(jīng)驗，20%高填方路段填高較高，是一定需要再次軟基處理的，否則工后沉降過大，會在較短的時間內(nèi)引起管道較大沉降，進而拉裂管道，造成“前期投入小，后期二次施工管道”的局面。

根據(jù)以上情況，對國內(nèi)常規(guī)軟基處理方法進行排查，從而篩選出適用于該工程的方法進行深化設(shè)計，然后展開實地試驗，以確定最終的處理方法。初步篩選出以下方法。

2.3.1堆載預壓法

堆載預壓法是為了控制路面及管線的工后沉降量，而先期加速固結(jié)沉降，預先在路段范圍內(nèi)堆設(shè)一定的荷載，使軟土地基沉降，同時提高地基強度的一種方式。該方式適用于低填方路段。

表1 工程地質(zhì)情況匯總表

表2 沉降控制標準表(單位：m)

堆載預壓法主要有欠載預壓、等載預壓、超載預壓等3種方式。根據(jù)各種方式的特點及該工程填料緊缺的實際情況，推薦采用等載預壓。

等載標高＝設(shè)計路面標高+路面結(jié)構(gòu)按填料比重換算后所需的預拋高+預壓期間的沉降量。（見圖1）施工過程中，應(yīng)按路基碾壓要求分層壓實；填筑至路面結(jié)構(gòu)等載厚度范圍時，壓實度可按90%控制，待沉降穩(wěn)定后，挖除路面結(jié)構(gòu)等載厚度范圍內(nèi)的填料，方可反開槽實施管道，待管道埋設(shè)完成后鋪筑路面結(jié)構(gòu)。

2.3.2排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是指軟土地基在附加荷載作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個過程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基承載力提高，并使沉降提前完成，有效減少工后沉降。

排水固結(jié)法主要由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。排水系統(tǒng)包含豎向排水體和水平排水體。豎向排水體多采用普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等；水平排水體多采用砂墊層及埋入其中的PVC管組成。加壓系統(tǒng)包含堆載法、真空預壓法、真空—堆載聯(lián)合預壓法、降低地下水位法、電滲法等，其中，堆載法易引起地基土的剪切破壞，相比堆載法，其余加壓方法更為安全，但操作技術(shù)比較復雜。

該工程圍墾后即采用真空預壓處理吹填土，從處理情況可知，真空預壓對于該類軟土是有效的，但所需處理時間較長。

根據(jù)國內(nèi)排水固結(jié)法使用情況可知，堆載法雖然造價低，但工期長；真空預壓造價較高，但施工方法也較成熟，處理效果較好。真空預壓如能和堆載法結(jié)合起來使用，有如下優(yōu)點：（1）由抽真空產(chǎn)生的向內(nèi)水平位移，可部分平衡堆載預壓產(chǎn)生的側(cè)向擠壓變形，更有利于填筑過程中路基的穩(wěn)定；（2）真空—堆載聯(lián)合預壓法的使用，加快了軟基中排水固結(jié)的速度，能快速提高土體強度，加大施工期間沉降；（3）可有效縮短工期，滿足建設(shè)進度的要求；（4）該方法不需要再超載預壓，減少了對填料的需求。鑒于此，對于填方較高的路段，可采用真空—堆載聯(lián)合預壓法進行軟基處理。

真空—堆載聯(lián)合預壓施工過程：原地面鋪設(shè)20 cm砂礫墊層；打設(shè)塑料排水板；鋪設(shè)20 cm砂礫墊層；鋪設(shè)主管、濾管等排水管道；鋪設(shè)10 cm中粗砂墊層；鋪設(shè)一層無紡土工布；其上再鋪設(shè)二層真空膜；進行真空預壓；真空預壓穩(wěn)定10 d左右，再鋪設(shè)一層土工布；鋪設(shè)20 cm細砂或細粒土；填筑路堤填料，并在其中加設(shè)兩層土工格柵。其橫斷面布置見圖2所示。

真空—堆載聯(lián)合預壓施工指標：塑料排水板間距為0.8 m，與前期埋設(shè)的排水板交錯布置；膜下真空度應(yīng)不小于80 kPa,并保持4個月以上；中心點沉降速率連續(xù)10 d平均值小于2 mm/d，可試行卸除真空荷載，繼續(xù)觀測沉降，如達到沉降小于2 mm/10 d，方可停止真空預壓，進行后道工序。

2.3.3復合地基法

復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料。加固區(qū)是由天然地基土體和增強體兩部分組成的人工地基。復合地基受力通過墊層（碎石或砂石墊層）來過渡。

復合地基法分為半剛性樁復合地基、剛性樁復合地基。

半剛性樁復合地基主要包含碎石樁、砂樁、石灰樁、水泥樁等，該工程軟基深厚，此類樁相對于該工程軟土深度而言，處理深度較淺，且由于圍墾區(qū)前期處理塑料排水板太密，樁位易與排水板位置重疊，施工難度大。

剛性樁復合地基主要包含方樁、預應(yīng)力管樁、薄壁管樁、現(xiàn)澆薄壁筒樁等，剛性樁可處理深度較深的地基。考慮該工程工期緊張，建議在橋頭一定長度范圍內(nèi)設(shè)置剛性樁，將土體強度迅速提高，從而使橋臺施工得以提早進行，為道路、橋梁全線同步完工提供時間。剛性樁中推薦采用一次成型、施工質(zhì)量易保證、施工設(shè)備較小的PC樁，通過樁體的樁側(cè)摩阻力和樁端承載力來實現(xiàn)樁土共同作用，設(shè)計時考慮樁頂設(shè)置樁帽，增大樁體置換率，減小樁頂?shù)募袘?yīng)力；樁頂鋪設(shè)碎石墊層，墊層中加鋪土工格柵等加筋材料，能有效地增大樁土應(yīng)力比，提高地基承載力，減小土體的側(cè)向變形和位移。

PC樁復合地基的樁位在平面呈矩形布置，由于樁側(cè)摩阻系數(shù)較小，經(jīng)計算，樁間距2.1 m，樁長約40 m，樁底進入④粘土層1.0 m左右。PC樁混凝土強度等級采用C80，直徑為500 mm，壁厚100 mm，設(shè)計單樁承載力：≥1 000 kN。沉樁采用靜壓方式，施工單位根據(jù)設(shè)計樁長進行合理配樁，采用焊接法接樁，要求相鄰樁接頭位置錯開1 m以上，并加強焊縫及樁的連續(xù)性檢測。沉樁完成后，在樁頂?shù)乇黹_30 cm深的槽現(xiàn)澆混凝土樁帽，采用C25混凝土現(xiàn)澆，樁帽通過樁塞混凝土與管樁連接，樁身嵌入樁帽5 cm。

橋頭采用PC樁復合地基處理的路段，施工前先對橋頭灌注樁、管樁樁位按設(shè)計要求進行放樣，靠近橋臺處根據(jù)需要調(diào)整PC樁布設(shè)位置，PC樁與灌注樁中心間距應(yīng)不小于2.5 m，調(diào)整間距但不減少樁的總數(shù)。施工PC樁時，自橋臺內(nèi)側(cè)橫向由外向老路基錐坡逐排跳樁向內(nèi)施工。其橫斷面布置見圖3所示。

2.3.4強夯法

強夯法是指利用強大的夯擊能，迫使深層土液化和動力固結(jié)，使土體密實，用以提高地基土的強度并降低其壓縮性。

強夯法具有適應(yīng)性廣、施工工期短、加固效果好、造價低等優(yōu)點，較多地用于大面積的地基處理。強夯法對于砂土、碎石土、低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等土性是適用的，對于高飽和度的粉土和粘性土也有成功經(jīng)驗。但對于該墾區(qū)所在城市，曾經(jīng)進行過強夯試驗段施工，由于土性緣故，沒有成功，所以該墾區(qū)地基處理采用該種方案應(yīng)慎重，并需先進行試驗段，如有可能應(yīng)進行專項研究，優(yōu)化該工法。

針對以上選出的4種方法，下一步將安排試驗段并進行動態(tài)設(shè)計，比選出最優(yōu)的軟基處理方法。