實例分析某高速公路深厚軟弱地基的處治技術

【摘 要】高速公路進行軟弱地基處理時大多采用了土工格柵和排水固結堆載預壓的方法。本文主要針對排水固結預壓法應用于路堤軟基，結合設計和施工做了實用性的分析與研究，制定了排水固結預壓法的設計方法，及其施工控制要點，以便合理的進行地基處理設計與施工。

【關鍵詞】高速公路；軟弱地基；處治技術；施工

1 以某高速公路K96+035～K96+190段軟弱地基處治技術為例

K96+035～K96+190段為水田，路段地處丘間谷地，沖溝內覆蓋第四系全新統坡殘積亞粘土，上伏4~5.6m低液限粘土、亞粘土，軟塑——可塑狀，平均厚度5.3m左右，下覆白堊系褐紅色泥質砂巖。因溝內地勢平緩，長期排水不暢，天然含水量比較高，上層土體物理力學性質較差，采用靜力觸探全層測試，地基允許承載力為90~120kPa，本段最大填土高12.93m，經計算該段路堤的工后沉降38cm，穩定安全系數0.51，該路段地基的穩定及沉降均不能滿足規范要求，需要進行處理。根據該段地基的工程地質資料，考慮采用豎向排水體處理。

2 地質概況

1.Q4el+al褐灰色亞粘土，軟塑，容許承載力100kPa，在CZK128中0.65~0.95米、2.15~2.45米，標貫試驗：N=7.6擊。

2.Q4el+al褐紅、紫紅色亞砂土，局部為低液限粘土，由泥質砂巖全風化形成，含少量碎石，硬塑，容許承載力250kPa.。

3.K2gk紫紅色泥巖，中厚層狀，虛線以上為強風化，碎石狀，容許承載力400kPa，虛線以下為弱風化，碎塊狀，容許承載力600kPa。

3 該路段軟弱地基處治設計

對本段軟弱地層的處理擬采用豎向排水系統，以改變地基原有排水邊界條件，借助排水系統增加孔隙水排除的途徑，縮短排水距離，在路堤填筑荷載作用下，加快地基土的排水固結速度、縮短加固時間，使地基土的有效固結壓力快速增加。豎向排水體采用塑料排水板。具體設計處理方法：塑料排水板（平均長度6.4m）+2層土工格柵。預壓荷載為路堤自重。

軟基處理設計技術要求：

1.加壓系統設計

采用等載預壓方式，預壓荷載為路堤自重，即路堤的實際當量填筑高度應等于路堤設計高度與預壓期末的沉降之和。

對于以穩定性控制的工程，預壓設計以消除基礎沉降為目的。通過沉降計算可以預估施工期間由于基底沉降而需增加的土方量，還可以估計工程竣工后的工后沉降量，作為路堤預留沉降高度的依據。預壓成敗的關鍵在于準確確定預壓荷載（p+p）的大小及預壓期t。由于高速公路對工后沉降的要求嚴格，預壓不僅要消除主固結的部分沉降，還要消除使用期的部分次固結沉降及交通荷載引起的部分沉降，才能滿足工程的需要。

穩定驗算時應考慮的荷載：路堤施工期和預壓期應考慮路堤自重和期間由于地基沉降而增加的填料重量；營運期應考慮路堤自重、沉降引起的填料增重及行車荷載。行車荷載對穩定驗算的影響應按靜止的換算土柱作用考慮。

2.豎向排水體設計

豎向排水體采用塑料排水板。塑料排水板采用SPB-1型或SVD-1型，寬度為10厘米，間距為1.5m，等邊三角形布置，平均長度6.4m。本段最大填土高12.93m，計算路基工期最大沉降量為0.54m。

①塑料排水板的間距，應滿足工程設計對固結度的要求，本段設計為1.5m。根據砂井固結理論，排水體間距越小，在一定時間內所達到的固結度越大。但在實際工程中，因為間距太小、太密，引起相互擠壓，擾動了地基土，增大了涂抹層的厚度，反而影響固結效果和排水體的施工質量。

②塑料排水板的插設深度

考慮到軟弱地層的厚度，設計塑料排水板打穿軟土層。為了讓砂墊層中的水能盡快順暢的排到加固區外，在砂墊層底下間隔著設置砂碎石盲溝，坡度為1/1000，連通設在加固區外的排水溝內。

3.固結度計算

當垂直排水通道打穿軟土層，固結時間為t時，采用多級等速加載條件下的平均固結度公式進行計算，該公式是改進的高木俊介法。該公式理論上是精確解，而且無須先計算瞬時加載條件下的固結度，再根據逐漸加載條件進行修正，兩者合并計算出修正后的平均固結度。

4.軟基處理設計施工技術要求

①塑料排水板施工工藝如下：

平整場地（挖排水溝）→鋪設下層砂墊層→穩壓→放樣→機具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割斷排水板→檢查并記錄板位等情況→機具移位→鋪設上層砂墊層。

②施工前應先平整場地，清除地表耕植土，并開挖縱橫排水溝，將農田排水疏干，以便施工。砂礫墊層鋪筑前，先在地表鋪墊一層泥質巖，需留一定“預拱度”，即中間厚，兩邊薄，以利地基盆形沉降后排水。泥質巖墊層其厚度一般不大于100cm（平均厚度60cm），且最大粒徑不大于10cm，以不影響塑料插板插設為宜。

③砂礫采用天然砂礫，礫石最大粒徑為50mm，通過5mm篩孔的粒料應大于5%。為排出地基固結排出的水，砂礫墊層底部需設置不小于1%的橫坡，且標高不得低于右側水田標高。

④插塑料排水板時，要采用插板機，應插到軟土層底部，其間距尺寸誤差應小于15cm，其露頭于砂礫石墊層上的長度按20cm控制。

⑤土工格柵層間距0.6m，層數2層，型號GSG30—30HDPE/GB/T17689—1999。其技術要求為：雙向抗拉強度≥50kN/m，斷裂（屈服）延伸率≤10%，格柵接點強度不得小于抗拉強度的80%。土工格柵采用縫接法連接，接縫寬度為20cm；攤鋪時應拉直平順，緊貼下承層，路堤橫向邊緣回折錨固長度2m；鋪好后，應在48小時以內在其上填土，并不得因填土而移動。泄水孔間距2~3米，按梅花型布設，并與砂墊層貫通。

⑥砂巖片碎石應采用挖方中遇水不易軟化的巖體，粒徑不大于15cm。反壓護道壓實度與路堤相同，應同時填筑。否則路堤一旦滑移，反壓護道就失去作用了。反壓護道填料可以稍差，但必須保證壓實度。碾壓不到邊角處，宜用小型夯壓機械按要求夯壓密實。

5.施工質量控制要點

①定位要準確。放樣時要根據設計情況準確定位，并在每個孔位都查好標記，所用的標記通常有石灰、油布、細條塑料板芯等，做到明顯且不易被損壞為宜。

②施工現場堆放的塑料排水板盤帶要加以覆蓋，放置于潔凈干燥處，防止污染和暴露在空氣中老化。

③穿靴，將塑料排水板端部穿過預制靴頭固定架，對折帶子長約10cm，固定聯結。一般預制靴頭可采用鐵質或混凝土靴頭。將靴頭套在空心套管端部，固定塑料排水板，并使其在下沉過程中能阻止泥砂進入套管。

④插入過程中導軌垂直，鋼套管不得彎曲，透水濾套不得被撕破和污染；排水板底部應有可靠的錨固措施，以免拔出套筒時將芯板帶出，下料時應考慮上拔時的“跟帶”長度，“跟帶”不得超出40cm，否則報廢重插。簡單的檢查方法是將塑料板帶按打設深度作上記號，完成后根據剩余板帶的多少測出“跟帶”的多少。

⑤塑料排水板留出孔口長度應保證伸入砂墊層不少于30cm，使其與砂墊層貫通；并將其保護好，以防機械、車輛進出時受損，影響排水效果。

⑥打設完畢后應立即攤鋪第二層砂礫層，以防長時間暴露于空氣中使板體老化。