塑料排水板堆载预压法在广州万环东路路基工程中的应用

戴德军，赵可昕，杨永民，程 喜

(1.中铁十九局集团广州工程有限公司，广州 511458；2.华南理工大学，广州 510410；3.仲恺农业工程学院，广州 510225)

1 概述

软土地基有着高压缩性，抗剪强度低，含水量大，透水性大，还具有一定的流变性等[1-3]。在工程建设中，软土地基的承载力无法达到工程建设所需的设计承载力，项目将发生无法忽视的地基沉降量，对工程产生巨大的安全隐患[4-7]。如果在软土地基的上层，由于大气循环和温度的变化，导致土体中水分的蒸发从而使原本裸露在外的软土形成具有一定硬度的土层，相比下覆软土地基，其密实度较大、压缩性和抗剪强度较高，具有一定的刚度，能够承担一部分外部荷载，被称之为硬壳层[8-10]。

随着对地基处理不断深入研究，地基处理的相关技术也不断完善，其中包括塑料排水板法处理软基。塑料排水板自20世纪90年代引入我国，经过几十年的发展技术已经得到很大的发展，塑料排水板别名塑料排水带，有波浪型、口琴型等多种形状。中间是挤出成型的塑料芯板，是排水带的骨架和通道，其断面呈并联十字，两面以非织造土工织物包裹作滤层，芯带起支撑作用并将滤层渗进来的水向上排出，是淤泥、淤质土、冲填土等饱和粘性及杂填土运用排水固结法进行软基处理的良好垂直通道，缩短了软土固结时间[11-13]。此外，堆载预压法控制沉降技术也在目前地基处理中也逐渐推广使用。主要通过在地面上堆载，用大于或等于设计荷载的堆积荷载，促使地基土体发生排水固结来达到减少土体含水率和提高地基抗剪承载力，加载一段时间后，卸去荷载，地基土体主固结沉降提前完成，起到加固地基的作用[14-16]。

为了有效处理表面硬壳层的软土地基，采用塑料排水板联合堆载预压法进行结合，该法施工简单，技术施工要求不高，做法灵活，地基处理成本低，尤其适合建设工程工期紧促，需要提高加固效率的工程。本文介绍塑料排水板联合堆载预压法在广州南沙万顷沙万环东路路基工程中施工过程中的应用，以期为类似工程提供参考。

2 工程概况

广州市南沙区自贸试验区万环东路规划为城市主干路，设计速度为50 km/h，道路红线宽度为40 m，双向6车道，整体呈南北走向。拟建道路起点位于8涌以西，由北向南，先后与沙尾路、友善路、9涌东路、红莲路、10涌西路及多条规划道路平面交叉，并分别跨越8涌、9涌、10涌、11涌，终点位于11涌以南，道路全长为4 km，万环东路工程在南沙功能区块的位置如图1所示。

图1 万环东路工程在南沙功能区块的位置示意

区域的地质勘察结果表明，项目位于珠江三角洲冲积平原地带，场地内单元揭露有分布广泛且厚度较大的软土层，软土具含水率高、孔隙比大、高压缩性等特点，容易引起压缩沉降。勘察区特殊性岩土主要有人工填土和软土，其中，勘察区浅表覆盖层广泛分布有人工填土，填料主要为耕植土一般分布在8涌9涌、10涌11涌，以黏性土为主；场区软土主要为第四系海陆交互相沉积层(Q4mc)淤泥质土和淤泥，软土呈流软塑状，含有较多有机质，具臭味，高含水量，易触变性，高压缩性，低强度，自稳能力差的特征，其主要工程地质问题是强度低，且在扰动后强度降低，在横向与纵向上对岩土层的均一性有一定的影响，为工程建设的不利土层，软土地层也是引起地面沉降的主要致灾性土体。因此，施工过程中应针对软土的特征，地基采取加固处理措施。工程所经区域均分布有软土，且厚度较大，力学性质较差。为保证路堤稳定性，减小工后沉降和差异沉降，提高道路行驶舒适性，必须对新建道路进行软基处理，满足稳定、沉降及满足构造物的承载力要求。

3 塑料排水板堆载预压技术在万环东路路基工程地基处理中的应用

项目采用“塑料排水板+砂垫层+等载预压”施工技术，通过在软土中打设排水板和设置水平排水系统，加快淤泥层在荷载作用下的排水固结，并通过填预压土对软基进行预压的方法，在较短时间内减少或消除淤泥层的工后沉降，提高淤泥层的抗剪强度和承载力。

3.1 施工技术要求

塑料排水板间距为 1.2 m，三角形布置，砂垫层厚度为 0.6 m。堆载标高等于路床设计高程加0.94 m(路面结构换算土柱高度)，堆载预压时间约为 12 个月，施工时应按该堆载标高静态控制，随沉随补救。交工面承载力设计标准值为90 kPa。预压荷载共分为2级：第1级荷载为路床填高，为永久荷载；第2级荷载为路面换算土柱高，约0.94 m，持续时间为12个月。路基堆载土方为粘性土，一般路段堆载预压完成后，机动车道卸载至机动车道路面结构底面高程，非机动车道和人行道卸载至非机动车道和人行道路面结构底面高程，绿化带(路面结构底基层以外部分)卸载至绿化带设计顶面高程。低填浅挖段(路基填高小于1.48 m的路段)堆载预压完成后全断面卸载至机动车道路床顶面高程以下40 cm(即40 cm水泥土封层底面)。在塑料排水板顶面设置60 cm的中粗砂垫层，在堆载体外侧可设置临时排水明沟，排除地表积水，临时排水沟尺寸为60 cm×60 cm的梯形沟，采用砂包码砌，砂包内采用回填砂土填筑。

3.2 软基处理工程概况

万环东路地形地貌主要为珠江三角洲冲积平原地貌，地形较平缓，地势较低。拟建万环东路沿线地形较为平坦、开阔，地面高程一般在 4.00～8.50 m。万环东路设计起点桩号为WHK0+000(8涌北侧)，起点坐标(X=182 448.533，Y=70 193.552)，设计终点桩号为 WHK4+000(11涌东南侧)，终点坐标(X=179 679.077，Y=72 980.361)。路基长度为3.559 km。其中软基处理长度为3 083 m,塑料排水板共2 753 695延米，引孔量为92 904 m，双向土工格栅为 184 285 m2，底砂垫层为99 022 m3，回填沙土为29 837 m3，预压土为300 434 m3，沉降及宽填补方为151 077 m3。

水塘路基长为600 m，沙袋长为921 m，围堰体积为 5 865 m3。路基软基工程全线(除9涌、10涌、11涌桥梁段外)均采用塑料排水板+等载预压施工固结处理，塑料排水按正三角形布置，间距为1.2 m，局部K0+215-K0+540排水板间距为1.1 m。填方高度平均值为3.5 m，考虑防洪排涝道路中线标高大于6.45 m，边坡为1 m 粘度包边,且喷草防护，坡脚做临时排水沟，鱼塘区抽水、排於、换填并增设挡水围堰。

万环东路工程施工前的地形地貌如图2所示，一般路段软基断面处置如图3所示，低填路段及挖方路段软基处置如图4所示。

图2 万环东路工程施工前的地形地貌示意

图3 一般路段软基断面处置示意

图4 适用于低填路段及挖方路段软基断面处置示意

3.3 塑料排水板的质量及施工质量控制

所采用的塑料排水板应符合规范中规定的各项性能指标及外观检测标准的要求[16]，纵向通水量为72 cm3/s(≥40)、复合体抗拉强度为1.9 kN/10 cm(≥1.5)、滤膜拉伸强度纵向干态为33 N/cm(≥30)和横向湿态为29 N/cm(≥25)、滤膜渗透系数为5.9×10-4(≥5×10-4)以及滤膜等效孔径为0.069 mm(<0.075，以O95计)。

此外，塑料排水板在现场应妥加保护，防止阳光照射，下沉时不得出现扭结、断裂、滤膜破损或污染等现象；板深不小于设计要求，排水板在井口外应伸入砂垫层50 cm以上；塑料排水板桩间距允许偏差为±150 mm，板竖直度≤1.5%H。

3.4 施工应用过程

具体的软基处理施工流程如图5所示，施工过程如图6所示。

图5 软基处理施工流程示意

a 场地平整清表

在施工过程中，砂垫层的具体要求：① 材料要求：中粗砂，粒径为 0.5～2 mm，粘粒含泥量不大于 5%；干密度应大于 1.5 t/m3，渗透系数应大于 0.01 cm/s；② 可以用人工或轻型机械分层铺填，平整度要求±8 cm；③ 插水板完工后要进行补砂，保证砂层完整。

双向土工格栅技术要求：双向钢塑格栅每延米纵横向拉伸屈服力不小于 80 kN/m，标称伸长率不超过 3%，2%伸长率时的抗拉强度不小于 72 kN/m，结点厚度不小于 5 mm，结点极限剥离力不小于 500 N。单幅宽度不小于2 m，其纵向连接采用铅丝绑扎，横向可采用搭接，搭接宽度不小 0.1 m。

3.5 软基处理施工监测

监测是软基处理工程的重要组成部分,地基加固的施工过程中，通过埋入地基土中的各种仪器，可反映地基预压荷载大小、地基的固结、沉降和位移随时间和空间的变化。通过对观测数据进行处理、分析、计算，从而进行相应评估和动态设计，保障了路堤填筑时的稳定性，为合理确定预压时间和卸载时机提供了可靠依据。项目的监测点布置情况如图7所示，其中I为地表沉降点监测，⊙为边桩，沉降标在垫层铺设施工前埋设，待垫层铺设完成后读取标高数据，一般监测断面在软土路基处治路段原则上按100 m间距布设，不同处治方案路段均布设。

图7 塑料排水板堆载预压施工过程(单位：m)

根据推荐方法进行分析评估[18-19]，平均沉降速率路基中心沉降量≤5 mm/月(连续2个月)或者当工后沉降量小于容许工后沉降，即桥台与路堤相邻处≤10 cm，涵洞及综合管廊处≤20 cm，一般路段≤30 cm，地基固结度≥90%，即可对预压路段软基进行卸载。

对万环东路典型断面进行了为期16个月的监测，监测期间的地表沉降累计变化/荷载以及表层沉降变化速率变化情况如图8和图9所示。

图8 万环东路 K1+500～K1+900 路段一般堆载预压期间表层沉降累计曲线示意

图9 万环东路 K1+500～K1+900 路段表层沉降变化速率曲线示意

由图8中可见，监测期间内荷载变化较为平稳，荷载值≤60 kPa；各监测点在监测期间的地表沉降累计≤1 000 mm，完全满足桥台与路堤相邻处、涵洞及综合管廊处和一般路段的要求。

由图9中可见，监测期间内荷载变化大概分为4个阶段，即加载前2个月，荷载值有显著增加；加载后第3个月至第5个月，荷载处于50 kPa左右，较为平稳；加载后第6个月至第10个月，荷载处于55 kPa左右，较为平稳；加载后第11个月之后，荷载处于60 kPa左右，保持平稳态势。各监测点在监测期间的沉降变化速率在前4个月存在较大波动，4个月后速率基本处于平缓状态，贴近0.0 mm/d，完全满足沉降量≤5 mm/月(连续2个月)的要求。

4 结语

1) 万江东路路基为软土基地，采用“塑料排水板+砂垫层+等载预压”施工技术，通过在软土中打设排水板和设置水平排水系统，加快淤泥层在荷载作用下的排水固结，并通过填预压土对软基进行预压的方法，在较短时间内减少或消除淤泥层的工后沉降，提高淤泥层的抗剪强度和承载力。

2) 对万环东路典型断面进行了为期16个月的监测，监测期间内荷载变化较为平稳，荷载值≤60 kPa；各监测点在监测期间的地表沉降累计≤1 000 mm，各监测点在监测期间的沉降变化速率在前4个月存在较大波动，4个月后速率基本处于平缓状态，完全满足桥台与路堤相邻处、涵洞及综合管廊处和一般路段的要求。