一般软基路段不同固结方案的对比研究及计算分析

文/李海敏

1 前言

位于珠三角地区项目的沿线，不可避免地分布着滨海、山间谷地、鱼塘、田地、溪流及河滩等，这就为软基的形成提供了必要的条件，即存在水及细粒土。本地区软土呈现如下特征：含水率较高，多数大于35%；天然孔隙比较大，介于1～2.68 之间；饱和度高；抗剪强度低，基本低于27kPa 等[1]。由于本地区软土存在以上特征，在施工或者运营过程中，容易引起较大的竖向变形，表现为路面结构的开裂甚至破坏等病害，严重影响行车舒适性及安全性。

本文以广东省某省道公路新建项目为依托，对一般路段的软基处理方案进行对比分析，得出较优方案，并对该方案进行沉降计算，可以为珠三角地区的软基处理提供一定的参考价值。

2 项目所在地软土分析

拟建项目路线软土分布较为分散，共分为13 个路段，且埋深较深，基本大于3m。根据软基分布路段及处理目标，将路段分为一般软基路段和特殊软基路段。特殊软基路段是指临近结构物路段，为防止不均匀沉降，该路段对沉降要求较大，处理要求较高。本文主要对一般软基路段进行分析。根据勘察报告，该项目中一般软基路段的软土主要为淤泥及淤泥质粉质黏土，选取其中一段（桩号分布K72+650～K73+840，段落总长为1190m）进行分析，将其性状列于表1 中。

表1 K72+650~K73+840 段软土路段软土性状表

3 固结方案的对比分析

3.1 竖向排水体的比较

对软基埋深较浅的一般路段，可以采用换填及抛石挤淤的方案进行处理。由于本路段断面软基埋深较深，大于3m，推荐采用的处治方案主要为排水固结。

排水固结法常见的方案主要包括两种，一是竖向排水体结合堆载预压，二是真空联合堆载预压。对于竖向排水体，主要又袋装砂井或塑料排水板两种（见图1、图2）。

图1 袋装砂井结构

图2 塑料排水板结构

无论是袋装砂井固结，还是塑料排水板固结，其原理相同，均是通过增加地基竖向排水通道，缩短排水路径（见图3），由此可以加速地基的固结速率并促进地基强度增长。目的是使地基土的大部分沉降在施工期和预压期内完成，以此减小工后沉降。该方案的设计特点是造价低，施工方便、快捷，但填筑时间长，对于高路堤和陡坡路堤的稳定性存在不安全的因素。由于本项目路段路堤高度仅为2m，因此采用该方案是合适的。

图3 排水路径示意图

对比两种竖向排水体，两者费用相差不大，袋装砂井取材方便，但对软土地基有一定扰动，而后者的排水效果受产品质量影响较大。由于所在地砂料来源较为多，施工工艺成熟，处治效果较好，本项目推荐采用袋装砂井的处理方案。但两者都需要一定的预压期，才能使软土达到较高的固结度，使工后沉降满足规范要求。

3.2 预压方案的对比

预压方案有两种：一是真空预压，二是堆载预压方案。

真空预压该工法是先在待加固的软土地基上铺筑厚80cm 左右的砂垫层，然后按照一定间距布设袋装砂井或塑料排水板，再在其上覆盖不透气的密封膜，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气[2]。当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成负压[3]。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。该工法适用于地势较为平坦，以利于形成不透气区域，更好的完成软基处理，该工法的优点是土体固结加快、强度相应提高，可加快填土速度，缩短工期，且不会影响路堤的整体稳定性，对高路堤下的软基处理有很大的优势。

3.3 方案比选结论

根据方案对比，一般软基路段推荐采用袋装砂井+堆载预压的方案，该方案1/2 断面示意如图4 所示。袋装砂井编织袋可采用聚丙烯编织布,渗透系数应不小于1×10-2cm/s,容许抗拉强度不小于40kN/m，有效孔径O95＜0.08mm。砂井采用的砂应为风干的中粗砂，含泥量不大于3%，细度模数不小于2.7,不均匀系数小于4。

图4 一般路基固结方案示意图（1/2 立面图）

4 推荐方案的沉降计算及结果分析

针对推荐方案（袋装砂井+堆载预压）进行沉降计算，其计算分析软件采用理正岩土进行计算，采用二维模型进行分析。为便于计算，取典型断面K72+900 进行分析。该断面路基填土厚度2m，砂垫层厚度0.6m,上覆粉质黏土层厚2m,淤泥层厚6.9m。淤泥层下方为不透水层，按单面排水进行计算。根据土工实验报告，淤泥层的E-P 关系曲线。软基处理总工期按12 个月进行控制。

沉降计算取两个模型计算结果进行对比，模型一：采用袋装砂井结合堆载预压进行计算，模型二：取消袋装砂井竖向排水体与模型一计算结果进行对比。对模型计算结果进行整理得到图5 的结果。

图5 软基沉降-时间关系曲线

对沉降计算结果进行分析，可以得出如下结论：当采用袋装砂井竖向排水体时，竣工时的沉降量为0.605m，30年后的沉降量为0.461m，工后残余沉降为0.144m。当不采用竖向排水体时，竣工时的沉降量为0.215m，30年后的沉降量为0.529m，工后残余沉降为0.314m,对于水泥混凝土路面结构，容许的工后沉降为0.3m,由此可见，当采用袋装砂井竖向排水体时，工后沉降0.144m 远小于容许值0.3m,当不采用任何竖向排水体时，其工后沉降0.314m 超过规范限值。采用袋装砂井处理该类型的软基，能够达到设计使用要求，且效果明显。

5 结语

对珠三角地区埋深大于3m 的一般软基路段的处治方案进行对比分析可知，对常用的一般软件路段的三种固结方案进行对比，对场地中粗砂来源较为丰富，软土分布较分散，弃土较为便利的地区项目，采用袋装砂井+堆载预压更为合理。选取典型断面，对推荐方案即袋装砂井+堆载预压的方案进行沉降计算，与不采用竖向排水体的模型计算结果进行对比，得出当软基处理采用袋装砂井+堆载预压方案时，其工后沉降满足规范限值（≤0.3m）的要求，限制工后沉降效果显著。