塑料排水板堆载预压法加固软土路基试验研究

杨 斌

(北部湾港防城港码头有限公司，广西 防城港 538000)

0 引言

随着我国经济社会的发展以及土地资源的紧缺，沿海城市的填海造陆工程日益增多，此类建设场地多为软土地基，而软土地基具有含水量高、土体孔隙比大、压缩性大、抗剪强度和承载力低等特点，为了使软土地基满足使用要求，必须对其进行加固处理[1-2]。目前，常见的软土地基加固处理方法有复合软土地基处理法和竖向排水预压固结法两种[3-4]。前者施工工期较短，但其造价相对较高，且成桩质量难以控制，容易对软土地基的加固效果产生不利影响；竖向排水预压固结法中包含真空预压法、堆载预压法和真空-堆载联合预压法。其中，真空预压法和真空-堆载联合预压法适合用于处理高填方土坡的稳定问题，弊端是不适用于大面积的软土地基加固项目。塑料排水板堆载预压法[5]因具有施工方便、成本低、在大面积软土地基加固中效果明显等特点而得以广泛使用。

塑料排水板堆载预压法加固软土地基的基本原理[6-9]是：在软土地基中设置排水系统和加压系统，在加压系统的作用下，土体中的孔隙水经排水系统流出，使得土体的孔隙水压力减小，地基土发生固结沉降，进而达到改善地基土强度的目的。本文以广西某沿海城市的填海造地道路软土地基加固工程为例，设计塑料排水板堆载预压试验方案，并在堆载预压前后进行标准贯入试验、静力触探试验和平板载荷试验，通过对比分析试验结果，研究塑料排水板堆载预压法对深厚软土路基的加固效果。

1 工程概况

试验区位于广西某沿海城市的人工回填场地，根据地质勘察资料可知本场地的地层自上而下分布为：(1)淤泥：灰色-灰黑色，软塑状，局部含贝壳残骸，底部含少量粗砂，层厚为3.10～13.70 m；(2)粗砂：灰色-灰黑色，稍密，部分为中密状态，成分以石英为主，局部含淤泥及贝壳残骸，层厚为0.60～18.35 m；(3)砾砂：灰白色-灰黄色，中密，部分为密实状态，成分以石英为主，局部含淤泥及贝壳残骸，揭露层厚为1.20～13.40 m；(4)可塑粉质黏土：灰蓝色-灰褐色，可塑，局部接近软塑，部分见含少量石英角砾，揭露层厚为0.80～3.40 m；(5)硬塑粉质黏土：灰白色-灰红色，硬塑状态，含较多砂岩风化形成的砂状物，部分地段见含较多石英角砾或碎块，层厚为0.60～10.60 m；(6)全风化砂岩、粉砂岩：灰黄色-黄色，岩石已风化呈中密-密实粗砂及碎石土状，该层场地局部地段钻孔见有揭露，钻探深度内部分地段(于深海方向)未揭穿该层，最大揭示厚度为0.90～15.30 m；(7)强风化砂岩夹泥岩：灰色-灰黄色，局部夹有页岩，岩石基本风化呈碎块状或坚硬黏土状，该层部分钻孔见有揭露，部分地段未揭穿该层，最大揭示厚度为16.50 m；(8)中风化砂岩：灰黄色-黄色，粗粒结构，中厚层状构造，岩石较硬，岩体较完整，场地部分钻孔见有揭露，钻探深度未揭穿该层，最大揭示厚度为3.70 m。各土层物理力学参数如表1所示。

表1 各土层物理力学参数表

2 塑料排水板堆载预压试验方案

场地表层淤泥厚度较大，其含水量高、强度低、压缩性大，采用塑料排水板堆载预压处理后场地应满足地基承载力特征值fak≥120 kPa。

塑料排水板堆载预压试验方案：

(1)采用SPB-B型塑料排水原生料板，打入排水板时插穿淤泥质土等软土层进入下卧硬土层约1.0 m，当软土层下方为砂砾石或岩面时，排水板打至软土层底即可。排水板按正方形布置，间距为1.0 m，布置方式如图1所示。

图1 塑料排水板布置方式示意图(mm)

(2)插入排水板后进行分级堆载预压，为进一步减小施工后沉降，同时考虑缩短施工工期，堆载厚度取2.5 m，分两级施加，第一级厚度为1.2 m，加荷时间为5 d，间歇30 d加第二级荷载；第二级厚度为1.3 m，加荷时间为5 d，持荷时间为150 d。堆载料采用中细砂，设计容重按18 kN/m3考虑，堆载高度在荷载不变的情况下根据堆载料的实际容重进行调整。

(3)分级堆载预压满载后，根据实测沉降曲线按双曲线法推算加固深度范围内的地基，平均固结度≥92%时，即可卸载。卸载前，除固结度需满足要求外，场地的沉降速率暂按连续10 d内≤1 mm/d，但沉降速率不作为卸载的强制性标准。同时，卸载标高应在交工面标高的基础上预留0.5 m的振冲沉降量。

(4)预压卸载后对试验场地进行振冲处理，选用功率为75 kW的振冲器，振冲点采用等边三角形布置，间距为2.0 m，如图2所示。

图2 振冲点布置方式示意图(mm)

(5)振冲完成后碾压平整至交工标高，碾压时采用激振力≥380 kN的振动压路机，碾压遍数为5～8遍。

3 塑料排水板堆载预压加固效果分析

试验时分别在堆载预压前后的试验场地开展标准贯入试验、静力触探试验和平板荷载试验，根据试验结果分析塑料排水板堆载预压的软土地基加固效果。

3.1 标准贯入试验结果分析

分别在堆载预压前和堆载预压后的试验区进行了7次标准贯入试验，根据试验结果，得出预压堆载前后标准贯入击数平均值随处理深度的变化关系(见图3)。由图3可知，各深度堆载预压处理后的标贯击数与堆载预压处理前的标贯击数相比均有所增加，分析其原因为堆载预压处理后，土体的孔隙水排出，孔隙水压力减小，土体发生固结，密实度提高，表明试验区的淤泥质土层经排水固结后承载力得到了有效提升。由试验结果可知，堆载预压处理后标贯总击数的平均值为3.79击，根据《建筑地基检测技术规范》(JGJ 340-2015)查表(见表2)，初步判定试验区的地基承载力特征值为120.8 kPa，满足设计要求。

表2 地基承载力特征值fak一览表(kPa)

图3 堆载预压前后标准贯入试验结果对比曲线图

3.2 静力触探试验结果分析

堆载预压前后分别在试验区进行2次静力触探试验，得出试验区堆载预压前后锥头阻力沿深度方向变化的关系曲线(见图4)。根据《工程地质手册》中提出的关于静力触探液化势的判断方式可知，饱和粉土液化的锥头阻力基准值为2.35～3.75 MPa，当实测锥头阻力大于基准值时可认为土层不发生液化[10]。《建筑地基检测技术规范》(JGJ 340-2015)中提出地基土为粉土时，承载力特征值fak与比贯入阻力标准值的关系为：

fak=47ps+40

(1)

ps=1.1qc

(2)

式中：fak——地基承载力特征值；

ps——比贯入阻力标准值。

(a)第一次

由式(1)和式(2)可知，为满足设计要求中地基承载力特征值fak≥120 kPa，则锥头阻力qc≥1.55 MPa。分析图4的试验结果，发现试验区域内土层经堆载预压处理后的锥头阻力值均>1.55 MPa，地基承载力特征值达到设计要求，表明塑料排水板堆载预压法对深厚软土路基具有良好的加固效果。

3.3 平板载荷试验结果分析

在堆载预压处理后的试验区内选取6个试验点，按《水运工程地基基础试验检测技术规程》(JTS 237-2017)的有关规定进行平板载荷试验。压重平台反力装置如图5所示。承压板面积为1.0 m2，采用慢速维持荷载法进行试验，试验最大荷载为2倍地基承载力特征值，即240 kPa，分9级进行加载，得出6个试验点荷载-沉降(p-s)曲线如图6所示。分析图6曲线可知，6个试验点的p-s曲线均为缓降型，未达到极限状态，最大荷载作用下地基承载力仍有较大富余量，表明地基承载力特征值>120 kPa，符合设计要求，进一步证实了塑料排水板堆载预压法的地基加固效果。

图5 压重平台反力装置示意图

图6 平板载荷试验p-s曲线图

4 结语

本次试验采用塑料排水板堆载预压法处理具有深厚软土层的路基，并通过标准贯入试验、静力触探试验和平板载荷试验研究塑料排水板堆载预压法在此类软土地基上的加固效果，得出以下结论和建议：

(1)试验区域内的深厚软土路基经塑料排水板堆载预压法加固后，标贯击数明显提升，表明土体孔隙水压力减小，固结度有效提高。通过静力触探试验研究发现土体的锥头阻力明显高于液化的基准值，有效地降低了地基土发生液化的几率。

(2)进行标准贯入试验、静力触探试验和平板载荷试验得出一致结论：塑料排水板堆载预压加固后地基土的承载力特征值≥120 kPa，达到设计要求。表明塑料排水板堆载预压法对深厚软土路基具有良好的加固效果。

(3)分析试验过程，建议采用塑料排水板堆载预压法大面积施工前，首先选择具有代表性的区域进行试验以确定振冲和碾压的有关参数，由此可以有效降低成本，提高工作效率和施工质量。