堆载预压与塑料排水板联合处理软基效果的检测研究

杨凤伟，王剑锋

（安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230011）

堆载预压与塑料排水板联合处理软基效果的检测研究

杨凤伟，王剑锋

（安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230011）

为检测软土地基堆载预压与塑料排水板联合处理的效果，采用现场取土室内进行物理力学性质指标测试、十字板剪切试验、静载试验和沉降量观测4种手段进行了综合检测，通过对检测结果进行分析研究，主要得到了以下结论：①土体经堆载预压与塑料排水板联合处理后，土体物理力学性质得到了改善；②不排水十字板剪切强度有所提高，4.0～5.0m深度以浅处提高的幅度较大，约提高33%～62%，5.0m以下提高的幅度相对较小；③处理后地基承载力特征值达到200kPa以上，大于设计要求的180kPa；④不同监测点处工后沉降满足的时间位于270～360d之间，另外沉降量随着填土高度的增大而增大。

堆载预压；速率排水板；软基

1 概述

我国内陆湖泊地区和东南沿海一带往往分布有大面积的软土，这些软土地基一般具有压缩性高、强度低和渗透性差的问题，在其上修建工程设施面临着地基承载力低、沉降量大和不均匀沉降明显等问题。因此一般需要对地基进行处理，在地基处理方法中，堆载预压和打设塑料排水板都是施工简便、价格较低的方法，在诸多工程中得到了广泛应用[1-4]。然而地基处理属于地下隐性工程，处理效果受诸多因素影响，采用现场检测是最可靠最常用的手段。本文结合某软土地基采用堆载预压与塑料排水板联合处理的工程案例，探讨常用的处理效果检测方法，为同类工程提供依据。

2 工程概况

某工程属于软基填土工程，填土面积较大，长×宽=3.8km×0.5km。填土区域内西南向属于潮间带海滩，水深较浅，基本位于0.2～4.4m之间，东北方向地势稍高，平均地面高程为0.90～3.04m。根据岩土工程勘察报告，该场地地层从上而下依次为：①淤泥及夹砂层，灰褐色～灰黑色，流塑～软塑，饱和，局部含有砂土透镜体和贝壳，厚度为3.2～12.6m，平均为7.9m。②粉质粘土，黄褐色～红褐色，可塑，潮湿～饱和，干强度较高，无摇振反应，主要矿物为石英、长石和粘土颗粒，厚度为5.4m～12.7m。③强风化花岗岩，含有较多的未风化石英颗粒，强度较高，深度未揭露。本场地对工程影响最大的地层是第一层的淤泥，经室内土工试验测试，其主要物理力学性质指标如下：重度为15.2～16.4kN/m3、含水量为41.2%～67.3%，孔隙比为1.10～1.52，塑性指数为18.5%～24.2，液性指数为1.02～1.37，有机质含量为3.2%～8.7%，直接剪切试验（快剪）测得粘聚力为5.6～14.3kPa，内摩擦角为2.5°～12.6°，渗透系数为2.5×10-7cm/s～8.1×10-8cm/s。

为了缩短工程建设周期，提高地基承载力，经多方论证该工程采用堆载预压与打设塑料排水板联合处理的方法，堆载采用填土形式，根据工程的设计标高，填土高度控制在2.5～8.1m之间，在180d内填设完毕。塑料排水板采用梅花型布设，打设至软土层底端。该工程要求处理后的地基承载力特征值达到180kPa，工后沉降量要求小于20mm。

3 检测方法与结果

该工程地层条件变异性较大，为了掌握软基的强度增长规律、地基承载力提高情况，把握软基的沉降规律和工后沉降量，采用四种方法对其进行综合检测，包括现场取土运回实验室进行常规物理力学性质测试、现场采用十字板剪切仪测试不排水抗剪强度指标、采用静载试验测试地基承载力、采用沉降观测装置监测沉降量、并采用预测方法对最终沉降量进行预测。

3.1 取土室内土工试验

为了掌握该软基处理前后的土体强度等变化情况，在施工前和填土预压3个月后在同一地点采用钻机取土样，现场共取了4个钻孔的土样，每个钻孔分别取1.0m、2.0m和3.0m三个深度的土样，运回实验室测试其主要的物理力学参数，结果汇总于表1中。可以看出，土体经堆载预压与塑料排水板联合处理后，不同深度处的重度、含水量、粘聚力和内摩擦角均发生了变化，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%，淤泥内摩擦角提高了8.5%～22.5%，砂土内摩擦角提高了4.7%～8.2%。土体物理力学性质的变化表明经处理后该软基工程性质得到了改善。

处理前后土体物理力学性质指标的变化 表1

图1 场地软基在填土前后的十字板不排水抗剪强度变化情况（（a）为孔1测试结果，（b）为孔2测试结果）

3.2 十字板剪切试验

在填土之前与填土结束后3个月时，采用现场十字板剪切仪测试土体不排水抗剪强度变化情况，其中十字板头尺寸为5.0cm×10.0cm。填土前后的测试结果见图1所示。可以看出，场地软基在堆载预压和塑料排水板联合处理后，不排水十字板剪切强度有所提高。其中，4.0～5.0m深度以浅处提高的幅度较大，约提高33%～62%，5.0m以下提高的幅度相对较小。这是因为上部填土引起的软基沉降量主要发生在浅层，深度较大时，压缩沉降量相对较小。另一方面，浅层土体排水容易，固结程度比深层的要高，强度提高得较快。

3.3 静载试验

为了检测该软基处理后的地基承载力提高情况，现场采用静载试验装置对地基承载力进行了试验，荷载板采用圆形形式，根据试验要求，对于软土地基荷载板面积不应小于0.5m2，故该工程选用的荷载板直径为1.0m，面积为0.785m2。试验前，先在场地上挖出一个试坑，试坑为圆形，深度为0.5m，直径为1.8m。试验采用快速加载的方法进行。试验加载采用油压千斤顶的形式，反力系统采用重物形式。试验结果如图2所示。

从Q～S曲线上可以看出，并无明显陡降点，这也符合软基的加载沉降特征，对于地基承载力特征值，可取S/b=0.01～0.015对应的荷载，其中，S为沉降量，b为荷载板直径。为安全起见，本工程取S/b=0.01对应的荷载作为地基承载力特征值。对于S1和S2测试点，地基承载力特征值分别为217kPa和212kPa，大于设计要求的180kPa，故经处理后地基承载力能够满足设计要求。

图2 软基经处理后的静载试验结果

沉降量监测及工后沉降量确定时间 表2

3.4 沉降监测与工后沉降预测

由于该地基软土层较厚，在上部荷载下沉降量较大，且持续时间较长。为了把握该软基的沉降规律，确定工后沉降量及上部工程设施的施工时间，本工程采用沉降盘的方法对总沉降量进行了监测。在沉降盘中间打设一根钢制标杆，为了保障标杆不会发生沉降，标杆底部位于下部的强风化花岗岩内部1.0m深度处。在填土施工期间，每天监测一次，填土结束后，每7～10d监测一次。该场地共布设了7个沉降监测点。对于最终沉降量，采用常用的双曲线模型进行预测，该模型可以表示为：

式中：α为双曲线模型的拟合参数；t为监测时间（d）；St为t时刻对应的沉降量（mm）；S∞为预测所求的最终沉降量（mm），由最小二乘法回归得到。

不同时间的沉降量监测结果、最终沉降量计算结果及工后沉降满足时间汇总于表2中，其中实测时间为沉降实测的时间，推测时间为根据双曲线模型推测今后不同时间时的沉降量，由于本工程要求工后沉降量小于20mm，根据最终沉降量减去不同时间对应的沉降量，得到工后沉降，进一步确定工后沉降满足时所需的时间。可以看出，本工程不同监测点处工后沉降满足的时间位于270～360d之间，为偏于安全，取360d。另一方面，沉降量随着填土高度的增大而增大。

4 结论

某软土地基采用堆载预压与塑料排水板联合方法进行了处理，为检验处理效果，采用现场取土室内进行物理力学性质指标测试、十字板剪切试验、静载试验和沉降量观测四种手段进行了综合检测，通过对检测结果进行分析研究，主要得到了以下结论。

①土体经堆载预压与塑料排水板联合处理后，土体物理力学性质得到了改善，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%，淤泥内摩擦角提高了8.5%～22.5%，砂土内摩擦角提高了4.7%～8.2%。

②经处理后，不排水十字板剪切强度有所提高，4.0～5.0m深度以浅处提高的幅度较大，约提高33%～62%，5.0m以下提高的幅度相对较小。

③经处理后，地基承载力特征值达到200kPa以上，大于设计要求的180kPa，故处理后地基承载力能够满足设计要求。

④沉降监测结果表明不同监测点处工后沉降满足的时间位于270～360d之间，为偏于安全，取360d，另外沉降量随着填土高度的增大而增大。

[1]朱向荣，李振，王金昌.舟山国家石油储备基地堆载预压加固效果分析[J].岩土力学，2008，29(4)：881-886.

[2]朱森林.堆载预压技术在潮汕机场大面积深厚软土地基处理中的应用[J].长江科学院院报，2014，31(9)：43-46.

[3]刘润，闰澍旺，武玉斐，等.真空预压后塑料排水板对地基承载力及沉降的影响[J].水利学报，2009，40(7)：885-891.

[4]郭庆海，周顺华，王炳龙.塑料排水板超载预压处理高速公路软基的试验[J].同济大学学报(自然科学版)，2006，34(3)：340-344.

TU472

A

1007-7359（2016）06-0088-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.034

杨凤伟（1978-），男，吉林农安人，毕业于长安大学，学士；高级工程师，主要从事交通工程的勘察与设计工作。