市政道路工程軟土路基施工方案設計與施工控制研究

摘 要：以M市政道路為例，對真空聯合堆載預壓法加固機理進行了簡單的介紹，并比較軟土路基的處理方案，對其施工控制和施工效果簡單探討了一番。

關鍵詞：軟土處理；施工方案；真空聯合堆載預壓

隨著改革開放的不斷深入，我國基礎設施建設得到迅速的發展，相當一部分建筑不得不建造在較松軟地基上，因此地基加固課題也越來越重要。我國真空預壓、真空聯合堆載預壓技術加固軟土地基在工程領域得到了廣泛而有效的運用，而且也得到了積極的發展。

1 項目概況

M市政道路為城市Ⅰ級主干路，四幅路，雙向6車道，道路設計時速60km/h，道路紅線寬度60米。道路設計路面使用年限為15年內工后沉降不大于30cm。文章以BK0+000～BK0+400段為例。此擬建市政道路沿線主要為魚塘、灘涂、河涌及局部填土段。從地質剖面圖中可以得到本段地質主要為淤泥、填土，厚度在19～23m。

2 軟基處理施工方案設計

2.1 真空聯合堆載預壓法加固機理

真空預壓是在通過抽真空來對加固區域施加壓力，除真空壓力外無其他外荷載。真空壓力通過作用于砂墊層和豎向排水體內的孔隙流體上，并排出水和氣體，使砂墊層和豎向排水體內的孔隙水壓力在短時間內迅速降低，這樣豎向排水體與需加固土體間形成孔壓差，在壓差的作用下，土體中的孔隙水排出。根據太沙基有效應力原理可得，由于總應力維持不變，孔隙水壓力的降低值就是有效應力的增加值，被加固土體施加在土體上壓力差的作用下逐漸排水固結，土體強度增強。堆載預壓法的加固機理是，孔隙水和土體空隙承擔了上部堆載土荷載作用下產生的附加應力。隨著時間的推移，孔隙水壓力慢慢消散，孔隙水排出，從而使土體排水固結，強度得到明顯增長。真空聯合堆載預壓具有真空預壓和堆載預壓的雙重疊加效果，由于抽真空的壓力和堆載土荷載作用，使土體中產生水壓力差，從而土體中的孔隙水和空氣排出，土體得到固結，進而達到地基土加固的目的。

2.2 軟土路基的處理方案比較

項目所在區域地質以灰黑色淤泥、淤泥質土為主，土層中夾薄層砂土或淤泥質砂，軟土層的厚度一般情況下都在10～49.5m之間，具有近山薄、近河厚的分布規律。

依照軟土層的不同情形，軟土路基處理方法也比較多樣，有淺層處理法、復合地基法、排水固結法等。淺層處理法有換填、拋石排淤等，適用于軟土層埋設淺、厚度小的情況。復合地基法有水泥攪拌樁、旋噴樁及控沉疏樁（CFG、PHC）等，施工所需周期相對較短，施工便捷見效迅速，中等厚度軟土適合采用此法，加固深度一般小于15m，相對來說造價較高。堆載預壓法常來處理比較厚淤泥和淤泥質土地基。排水固結法用于處理深度大的土地基，軟黏土特別適合用此法處理，造價也比較合理，且對日后開挖市政管網也比較便利。只是，處理過程需要有預壓期，預壓需要的時間也比較長，預壓的土方量也較大，工期相對較長。M新區示范段路基工程軟土地基主要以飽和流塑淤泥為主，這類土的物理、力學性質都較差，具有含水量高（60%）、壓縮性高、透水性差、強度低及厚度深的特點。

按照該市政道路所在區域飽和流塑淤泥的特性，綜合空曠的周圍環境，經過各方面對比，真空聯合堆載預壓排水固結法施工最為適宜。在軟土層地帶，尤其是在深厚軟弱土層的地區建造高速公路，真空排水預壓與自載預壓相結合的聯合加固方式是一種最為經濟有效的地基處理方法。真空聯合堆載預壓法作為排水固結法處理軟基的改進方法，在堆載預壓排水固結的基礎上疊加真空效果，具有處理深厚淤泥效果好、造價低、相對堆載預壓時間短的優點。在天津地區采用真空排水預壓法處理軟基的工期，要比堆載預壓的工期要節省三分之一。與M新區一河之隔的新區保稅區軟土地基處理為堆載預壓，且已經有成功的軟土處理工程案例存在。

3 施工控制

施工區在平均高程為-0.4m的河塘區域，吹填海砂至原區域高程為2.0m，再采用真空聯合堆載預壓軟基進行處理。真空聯合堆載預壓主要工序為：平整場地（吹填砂）、鋪設砂墊層、打設塑料排水板、粘土密封墻施工、埋設檢測設備儀器、鋪設真空濾管、鋪設兩布三膜、抽真空、真空穩壓、土方堆載、靜壓、卸載。膜下真空度需穩壓在80kPa以上、粘土密封墻的密封性能、排水板打設深度、排水板通水性能進行及時有效的控制，堆載時必須保護密封膜防止漏氣，以及在真空堆載階的對沉降、孔隙水壓、水平位移、真空度的監測，這些因素都對軟基處理的質量保證十分重要。真空聯合堆載預壓系統包括：水平排水系統、垂直排水系統、密封系統、抽真空系統、堆載土系統、監測系統。

4 施工效果分析

真空聯合堆載預壓處理軟基卸載后，對處理過的地基需要進行土況檢測，檢測項目有：十字板剪切土體強度、土體含水率、孔隙比、粘聚力等。對加固前后原狀土進行室內試驗。通過土體加固后的檢測參數，與加固前的參數進行對比分析，來判斷軟基處理的效果。

4.1 十字板試驗結果分析

M路BK0+120斷面與BK0+270斷面十字板剪切土體強度試驗，采用加固前的原狀土與加固后的原狀土的剪切強度進行對比分析，來確定真空聯合堆載預壓處理后的軟基土體強度前后變化值。

結果顯示：BK0+120處十字板試驗強度加固前平均值為5.82kPa，加固后平均值為29.26kPa，強度增長了大約5.03倍；BK0+270十字板試驗強度加固前平均值為3.62kPa，加固后平均值為26.84kPa，強度增長了7.4倍。由此可見，土體經過真空聯合堆載預壓處理后強度增長值明顯。

4.2 鉆孔取土試驗結果

鉆孔取土檢測分為軟基加固前和加固后土體的各類土工參數進行比較來確定真空聯合堆載預壓處理軟基的能力。進行比較的參數主要有：含水率、孔隙比、直接快剪粘聚力。BK0+120段面處的含水率加固前平均值為58%，加固后平均值為50.8%，加固后降低了13.6%；空隙比加固前平均值為1.573，加固后平均值為1.388，加固后降低了11.8%；直接快剪粘聚力加固前平均值為5.8kpa，加固后平均值為12.2kpa，加固后增長了110.3%；BK0+270段面處的含水率加固前平均值為57.2%，加固后平均值為46.8%，加固后降低了18.2%；空隙比加固前平均值為1.296，加固后平均值為1.238，加固后降低了1.0%；直接快剪粘聚力加固前平均值為7.7kpa，加固后平均值為15.2kpa，加固后增長了97.4%，見表1。

表1 BK0+120與BK0+270斷面取樣土含水率、

孔隙比、粘聚力統計表

4.3 真空聯合堆載預壓軟基處理后主要效果

M路BK0+00至BK0+400路段經過十字板試驗與鉆孔取土試驗檢測結果的分析，得出如下結論。

（1）真空聯合堆載預壓從十字板剪切強度可以看出在加固深度12～13m以下加固成效明顯減弱。所以真空聯合堆載預壓的有效處理深度大概在12～13m。

（2）十字板抗剪強度有加固前的3.62～5.82kpa，加固后增長到

50.60kpa～6.9kpa。平均增長了7.70～13.20倍，土體強度增加成效十分明顯。

（3）本工程兩個密封段從開始抽真空到最后卸載共計經歷了11個月，兩段最大沉降量分別為2.612m和2.936m，真空卸載是固結度為91.3%和94.0%工后沉降量為0.249m和0.243m，見表2。

從表2中可以看出工后沉降都小于30cm，滿足道路設計的要求。

含水率由加固前的47.2%～58.8%，降低到加固后的46.8%～50.8%，加固后比加固前含水率降低了18.2%～13.6%。

孔隙比由加固前的1.296～1.573，降低到加固后的1.283～1.388，加固后孔隙比比加固前降低了1.0%～11.8%。但是經過處理后的地基孔隙比仍然處在1～1.5之間為淤泥質粘土。

直接快剪粘聚力由加固前的5.8kpa～7.7kpa，增長到加固后的12.2kpa～15.2kpa，加固后直剪粘聚力增長了97.4%～110.3%。

在經過真空聯合堆載預壓處理之后，土體的壓縮模量由加固前的2.54～2.15Mpa提高至3.68～2.51Mpa，土體壓縮模量有了較大提高。

通過真空聯合堆載預壓處理軟土加固前與加固后的比較，軟土的抗剪強度和粘聚力都有十分明顯的增長，土體的含水率和孔隙比都明顯減低。且通過表2中通過分析固結度與工后沉降值，軟基處理效果滿足道路設計的要求。從而可以看出真空聯合堆載預壓處理淤泥土軟基的成效還是比較顯著的，可以大幅提高軟土的承載力滿足道路路基的要求。真空聯合堆載預壓處理淤泥土軟基是一種比較理想的處理方法。

參考文獻

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