塑料排水板超载预压排水固结法应用效果分析

□文/罗 婷 蒋宏伟 李 婧

近年来，天津滨海新区公路建设中较多采用加固土桩、薄壁管桩进行深层处理，从实际效果看，桥头跳车现象比较明显。南疆公路复线桥位于滨海新区南疆港区，以饱和软粘土为主，设计选用塑料排水板超载预压排水固结法进行桥头深层处理。

工程地质条件

南疆公路复线桥的地基土由Q4后期沉积土和地基表层回填土构成，主要土层为粘土、淤泥质粘土及淤泥，含云母有机质、腐烂质，孔隙比＞1.20，具有渗透系数小、沉积历史短的特点，地基土在自重作用下未达到完全固结，属于欠固结状态。

加固方案设计

排水固结原理

软土地基在填土荷载的作用下失去原有的平衡，饱和软粘土随着孔隙水压力的消散，地基就会产生排水固结，孔隙比减小，从而抗剪强度会得到提高；但由于排水固结和剪切变形，地基会产生很大的沉降，甚至由于强度和承载力不足而产生破坏。因此，路基填筑过程中经常采用分级加载预压的方法，控制加载速率，使地基强度的增长能适应附加荷载的增加；由于土体的排水固结所需的时间与渗透路径长度的平方成正比，在地基中设置连同的排水体可以大大缩短预压固结所需的时间，通常采用塑料排水板作为排水通道并分级加载预压，从而加速地基的固结，从而达到减少地基工后沉降和提高地基承载力的目的。

方案设计

南疆公路复线桥桥头引路路基宽度26.5 m，处理长度50 m，距离老桥净距5 m，引路最大填土高度约3 m，采用塑料排水板超载预压法，排水间距1 m，塑料排水板板长20 m，预压期12个月，填土至设计路面标高以上1 m进行超载预压。

观测方案

施工完成后对沉降进行观测，观测内容包括地表沉降观测、分层沉降观测、水平位移观测和孔隙水压力观测。见图1。

图1 观测断面布置

观测结果分析

地表沉降

地表沉降为打设塑料排水板期间的沉降和在预压荷载作用下产生的沉降之和。通过分析地表沉降，可以推算地基土的固结度，反映地基的总体加固效果；同时也可以利用预压期内的平均沉降量，推算最终沉降量和残余沉降。

（1）插板期间地表沉降。加固区域地基土层为欠固结的土层，在打设塑料板水板后，由于土层排水路径缩短，地基土在其自重压力作用下，很快产生一定量的固结沉降。打设塑料排水板后至实施堆载预压前，插板期间的沉降量10.2 cm。

（2）预压荷载下产生的沉降见表1和图2。

表1 引路地表沉降分析

根据地表沉降观测和分析结果，引路残余沉降均＜5 cm，满足设计要求的工后沉降要求；预压6个月时的沉降速率最大为0.17mm/d，满足连续两周实测地表沉降≯2.5mm（即0.18mm/d）的要求；固结度达到90%以上，固结效果显著。引路排水板施工完后，同时埋设地表沉降仪和磁环式沉降仪（位于X3#点附近），X3#点预压期末的地表最大沉降为45.7 cm；施工期间及预压期间的总沉降＝插板期间地表沉降10.2 cm＋填土和预压期间地表沉降45.7 cm＝55.9（cm）。

深层分层沉降

打设塑料排水板后，在引路加固区的中心点附近埋设了1组深层分层沉降仪，以便推算地基的综合固结度和处理深度范围内的各层土的固结度。见表2。

塑料排水板长为20 m，在处理深度范围内进行了分层沉降观测，可以看出。

表2 引路X#3点附近分层沉降固结度分析

（1）处理深度范围内的综合固结度达到了92%～94%，略小于地表沉降观测推算的固结度。

（2）表层杂填土下的淤泥及淤泥质粘土的沉降量达到了50～60mm/m。沉降量主要集中在杂填土以下部分淤泥和淤泥质粘土层内。

孔隙水压力

观测各个土层的孔隙水压力，主要用来判断地基各土层的固结程度。根据观测成果，堆载时土体中各点的孔隙水压力有所上升，满载后孔隙水压力随预压时间增加而逐渐消散。见表3。高－13 m以下）为粘土层，其沉降量明显减少，处理效果已不明显，说明原设计20m的处理深度偏于保守。

（4）截至2009年底，南疆公路复线桥已经通车2 a多，桥头引路沉降较小，几乎感觉不到桥头跳车，表明采用塑料排水板联合超载预压法处理南疆公路复线桥桥头地基是成功的。随着滨海新区骨架路网的大规模建设，高速公路、快速路的施工周期相对较长，桥头深层处理完全可以采用塑料排水板联合超载预压法，从而减少桥头的工后沉降。

表3 引路中心点孔压计算各点固结度

从表3中可以看出，固结度均在90%以上，处理深度范围内的各层土的固结效果良好；此外，孔隙水压力推算的固结度略小于分层沉降推算的固结度，符合两者的深层理论关系。

[1]TG D30-2004，公路路基设计规范[S].

[2]殷宗泽，龚晓南.地基处理工程实例[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

[3]中国土木工程学会港口工程学会.塑料板排水法加固软基工程实例集[M].北京：人民交通出版社，1999.

结论

（1）根据观测结果分析，塑料排水板超载预压排水固结法对地基的加固效果明显，推算工后沉降和沉降速率均满足设计要求。

（2）在预压期的前5～6个月，沉降速率较大，表明塑料排水板处理地基需要足够的预压期才能保证加固效果，设计采用了超载1～2 m高的超载预压土方，从一定程度上缩短了预压期，比原设计的12个月缩短了4个月。因此，预压期和预压荷载对于塑料排水板处理方案非常重要，在以后的设计中应加强预压期和预压荷载的设计。

（3）通过分层沉降分析，现状地面以下16 m（标