堆載預壓與塑料排水板聯合處理軟基效果的檢測研究

楊鳳偉，王劍鋒

（安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011）

堆載預壓與塑料排水板聯合處理軟基效果的檢測研究

楊鳳偉，王劍鋒

（安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011）

為檢測軟土地基堆載預壓與塑料排水板聯合處理的效果，采用現場取土室內進行物理力學性質指標測試、十字板剪切試驗、靜載試驗和沉降量觀測4種手段進行了綜合檢測，通過對檢測結果進行分析研究，主要得到了以下結論：①土體經堆載預壓與塑料排水板聯合處理后，土體物理力學性質得到了改善；②不排水十字板剪切強度有所提高，4.0～5.0m深度以淺處提高的幅度較大，約提高33%～62%，5.0m以下提高的幅度相對較小；③處理后地基承載力特征值達到200kPa以上，大于設計要求的180kPa；④不同監測點處工后沉降滿足的時間位于270～360d之間，另外沉降量隨著填土高度的增大而增大。

堆載預壓；速率排水板；軟基

1 概述

我國內陸湖泊地區和東南沿海一帶往往分布有大面積的軟土，這些軟土地基一般具有壓縮性高、強度低和滲透性差的問題，在其上修建工程設施面臨著地基承載力低、沉降量大和不均勻沉降明顯等問題。因此一般需要對地基進行處理，在地基處理方法中，堆載預壓和打設塑料排水板都是施工簡便、價格較低的方法，在諸多工程中得到了廣泛應用[1-4]。然而地基處理屬于地下隱性工程，處理效果受諸多因素影響，采用現場檢測是最可靠最常用的手段。本文結合某軟土地基采用堆載預壓與塑料排水板聯合處理的工程案例，探討常用的處理效果檢測方法，為同類工程提供依據。

2 工程概況

某工程屬于軟基填土工程，填土面積較大，長×寬=3.8km×0.5km。填土區域內西南向屬于潮間帶海灘，水深較淺，基本位于0.2～4.4m之間，東北方向地勢稍高，平均地面高程為0.90～3.04m。根據巖土工程勘察報告，該場地地層從上而下依次為：①淤泥及夾砂層，灰褐色～灰黑色，流塑～軟塑，飽和，局部含有砂土透鏡體和貝殼，厚度為3.2～12.6m，平均為7.9m。②粉質粘土，黃褐色～紅褐色，可塑，潮濕～飽和，干強度較高，無搖振反應，主要礦物為石英、長石和粘土顆粒，厚度為5.4m～12.7m。③強風化花崗巖，含有較多的未風化石英顆粒，強度較高，深度未揭露。本場地對工程影響最大的地層是第一層的淤泥，經室內土工試驗測試，其主要物理力學性質指標如下：重度為15.2～16.4kN/m3、含水量為41.2%～67.3%，孔隙比為1.10～1.52，塑性指數為18.5%～24.2，液性指數為1.02～1.37，有機質含量為3.2%～8.7%，直接剪切試驗（快剪）測得粘聚力為5.6～14.3kPa，內摩擦角為2.5°～12.6°，滲透系數為2.5×10-7cm/s～8.1×10-8cm/s。

為了縮短工程建設周期，提高地基承載力，經多方論證該工程采用堆載預壓與打設塑料排水板聯合處理的方法，堆載采用填土形式，根據工程的設計標高，填土高度控制在2.5～8.1m之間，在180d內填設完畢。塑料排水板采用梅花型布設，打設至軟土層底端。該工程要求處理后的地基承載力特征值達到180kPa，工后沉降量要求小于20mm。

3 檢測方法與結果

該工程地層條件變異性較大，為了掌握軟基的強度增長規律、地基承載力提高情況，把握軟基的沉降規律和工后沉降量，采用四種方法對其進行綜合檢測，包括現場取土運回實驗室進行常規物理力學性質測試、現場采用十字板剪切儀測試不排水抗剪強度指標、采用靜載試驗測試地基承載力、采用沉降觀測裝置監測沉降量、并采用預測方法對最終沉降量進行預測。

3.1 取土室內土工試驗

為了掌握該軟基處理前后的土體強度等變化情況，在施工前和填土預壓3個月后在同一地點采用鉆機取土樣，現場共取了4個鉆孔的土樣，每個鉆孔分別取1.0m、2.0m和3.0m三個深度的土樣，運回實驗室測試其主要的物理力學參數，結果匯總于表1中。可以看出，土體經堆載預壓與塑料排水板聯合處理后，不同深度處的重度、含水量、粘聚力和內摩擦角均發生了變化，其中淤泥重度提高了5.7%～9.6%，砂土重度提高了1.7%～2.2%，淤泥含水量降低了5.0%～18.3%，砂土含水量降低了0.9%～9.4%，淤泥粘聚力提高了8.8%～55.9%，淤泥內摩擦角提高了8.5%～22.5%，砂土內摩擦角提高了4.7%～8.2%。土體物理力學性質的變化表明經處理后該軟基工程性質得到了改善。

處理前后土體物理力學性質指標的變化 表1

圖1 場地軟基在填土前后的十字板不排水抗剪強度變化情況（（a）為孔1測試結果，（b）為孔2測試結果）

3.2 十字板剪切試驗

在填土之前與填土結束后3個月時，采用現場十字板剪切儀測試土體不排水抗剪強度變化情況，其中十字板頭尺寸為5.0cm×10.0cm。填土前后的測試結果見圖1所示。可以看出，場地軟基在堆載預壓和塑料排水板聯合處理后，不排水十字板剪切強度有所提高。其中，4.0～5.0m深度以淺處提高的幅度較大，約提高33%～62%，5.0m以下提高的幅度相對較小。這是因為上部填土引起的軟基沉降量主要發生在淺層，深度較大時，壓縮沉降量相對較小。另一方面，淺層土體排水容易，固結程度比深層的要高，強度提高得較快。

3.3 靜載試驗

為了檢測該軟基處理后的地基承載力提高情況，現場采用靜載試驗裝置對地基承載力進行了試驗，荷載板采用圓形形式，根據試驗要求，對于軟土地基荷載板面積不應小于0.5m2，故該工程選用的荷載板直徑為1.0m，面積為0.785m2。試驗前，先在場地上挖出一個試坑，試坑為圓形，深度為0.5m，直徑為1.8m。試驗采用快速加載的方法進行。試驗加載采用油壓千斤頂的形式，反力系統采用重物形式。試驗結果如圖2所示。

從Q～S曲線上可以看出，并無明顯陡降點，這也符合軟基的加載沉降特征，對于地基承載力特征值，可取S/b=0.01～0.015對應的荷載，其中，S為沉降量，b為荷載板直徑。為安全起見，本工程取S/b=0.01對應的荷載作為地基承載力特征值。對于S1和S2測試點，地基承載力特征值分別為217kPa和212kPa，大于設計要求的180kPa，故經處理后地基承載力能夠滿足設計要求。

圖2 軟基經處理后的靜載試驗結果

沉降量監測及工后沉降量確定時間 表2

3.4 沉降監測與工后沉降預測

由于該地基軟土層較厚，在上部荷載下沉降量較大，且持續時間較長。為了把握該軟基的沉降規律，確定工后沉降量及上部工程設施的施工時間，本工程采用沉降盤的方法對總沉降量進行了監測。在沉降盤中間打設一根鋼制標桿，為了保障標桿不會發生沉降，標桿底部位于下部的強風化花崗巖內部1.0m深度處。在填土施工期間，每天監測一次，填土結束后，每7～10d監測一次。該場地共布設了7個沉降監測點。對于最終沉降量，采用常用的雙曲線模型進行預測，該模型可以表示為：

式中：α為雙曲線模型的擬合參數；t為監測時間（d）；St為t時刻對應的沉降量（mm）；S∞為預測所求的最終沉降量（mm），由最小二乘法回歸得到。

不同時間的沉降量監測結果、最終沉降量計算結果及工后沉降滿足時間匯總于表2中，其中實測時間為沉降實測的時間，推測時間為根據雙曲線模型推測今后不同時間時的沉降量，由于本工程要求工后沉降量小于20mm，根據最終沉降量減去不同時間對應的沉降量，得到工后沉降，進一步確定工后沉降滿足時所需的時間。可以看出，本工程不同監測點處工后沉降滿足的時間位于270～360d之間，為偏于安全，取360d。另一方面，沉降量隨著填土高度的增大而增大。

4 結論

某軟土地基采用堆載預壓與塑料排水板聯合方法進行了處理，為檢驗處理效果，采用現場取土室內進行物理力學性質指標測試、十字板剪切試驗、靜載試驗和沉降量觀測四種手段進行了綜合檢測，通過對檢測結果進行分析研究，主要得到了以下結論。

①土體經堆載預壓與塑料排水板聯合處理后，土體物理力學性質得到了改善，其中淤泥重度提高了5.7%～9.6%，砂土重度提高了1.7%～2.2%，淤泥含水量降低了5.0%～18.3%，砂土含水量降低了0.9%～9.4%，淤泥粘聚力提高了8.8%～55.9%，淤泥內摩擦角提高了8.5%～22.5%，砂土內摩擦角提高了4.7%～8.2%。

②經處理后，不排水十字板剪切強度有所提高，4.0～5.0m深度以淺處提高的幅度較大，約提高33%～62%，5.0m以下提高的幅度相對較小。

③經處理后，地基承載力特征值達到200kPa以上，大于設計要求的180kPa，故處理后地基承載力能夠滿足設計要求。

④沉降監測結果表明不同監測點處工后沉降滿足的時間位于270～360d之間，為偏于安全，取360d，另外沉降量隨著填土高度的增大而增大。

[1]朱向榮，李振，王金昌.舟山國家石油儲備基地堆載預壓加固效果分析[J].巖土力學，2008，29(4)：881-886.

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[3]劉潤，閏澍旺，武玉斐，等.真空預壓后塑料排水板對地基承載力及沉降的影響[J].水利學報，2009，40(7)：885-891.

[4]郭慶海，周順華，王炳龍.塑料排水板超載預壓處理高速公路軟基的試驗[J].同濟大學學報(自然科學版)，2006，34(3)：340-344.

TU472

A

1007-7359（2016）06-0088-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.034

楊鳳偉（1978-），男，吉林農安人，畢業于長安大學，學士；高級工程師，主要從事交通工程的勘察與設計工作。