堆载预压法在深厚软土路基处理中的应用

文／付星华 广东中山地质工程勘察院 广东中山 528400

引言：

珠江三角洲流域普遍分布有深厚软土层，尤其西岸的珠海地区淤泥和淤泥质土广布，且厚度较大，软土具有高含水率、高压缩性、大孔隙比、抗剪强度低、渗透性差、结构性强、欠固结、呈流塑状态等工程特性，在深厚软土地基上修建路基易导致过大的工后沉降，严重时出现失稳现象。国内规范对软土地区路堤的工后沉降和稳定安全系数提出了严格要求，深厚软土路基常采用堆载预压法、真空联合堆载预压法、水泥搅拌桩、素混凝土桩和管桩等进行处理。本文以珠海地区某主干路为研究对象，通过对比处理前后软土性能指标的变化来评判软基处理效果，通过监测手段获得工后沉降数据及变化规律，采用可靠的沉降预测方法预测路基工后沉降，研究成果可为类似工程路基处理提供参考。

1、工程概况

1.1 项目概况

某城市主干路道路红线宽度50m，双向六车道，设计行车速度60km/h，设计长度约2.877km，拟建道路场地现状为鱼塘等低洼地貌，需要进行场平填土后方能修建路基，路基下分布有深厚淤泥层和淤泥质土层，采用堆载预压法进行软土路基处理。堆载预压法设计参数如下：

采用SPB100-C 型塑料排水板，间距1.2m，正三角型布置，平均板长23m。水平排水砂垫层采用中粗砂，厚度60cm，其中粗砂含量不少于30%。整平标高2.9m，堆载土厚度3.5m，预压期沉降量预估值为1.2m，预压期为6 个月。采用3 级分级加载，设计工后沉降不大于25cm，处理后地基承载力特征值80kPa。堆载预压软基处理标准横断面如图1所示。

图1 堆载预压软基处理标准横断面（半幅）

1.2 工程地质概况

（1）填筑土（Q4）1：褐黄、灰褐色，部分路段位于施工便道上，主要由砂岩块石、碎石及粘性土组成，块石粒径一般5～60cm，最大粒径达1.0m 以上，块石埋深较大且分布不规律，其余主要为耕植土含植物根系组成，层厚1.30～9.40m。

（2）第四系海陆交互相沉积层（Q）：该层由淤泥〈2-1〉、粘土〈2-2〉、淤泥质粘土〈2-3〉、粘土〈2-4〉组成：

1）淤泥2-1：灰黑色，含有机质，局部含少量贝壳碎片，具臭味，呈饱和、流塑状态，本层局部含少量中粗砂。层底埋藏深度介于14.30～25.90m，相当于高程介于-24.86～-11.68m，揭露厚度10.20～25.90m。

2）粘土2-2：褐黄色、灰白色，主要成分为粘粒，土质一般较纯，局部含约50%粗砂，呈饱和、可塑状态。层底埋藏深度介于15.20～28.50m，相当于高程介于-27.06～-12.58m，揭露厚度0.70～3.40m，层厚不详。

3）淤泥质粘土2-3：灰黑色，含有机质，局部含腐植质，略具臭味，呈饱和、流塑状态。层底埋藏深度介于21.30-36.50m，相当于高程介于-34.49～-18.86m，揭露厚度2.90～12.70m。

4）粘土2-4：褐黄色、灰白色，主要成分为粘粒，土质较纯，呈饱和、可塑状态。层底埋藏深度介于23.40-38.90m，相当于高程介于-36.89～-20.96m，揭露厚度2.00～2.80m。

各地层工程特性指标如表1所列：

表1 各地层工程特性指标

2、处理效果分析

2.1 室内土工试验

软基处理前后分别取样进行室内土工试验，处理前后的淤泥主要指标对比如表2所列，由表2可知，含水量由60.8%降低至52.4%，降低幅度为13.8%；天然重度由16.0kN/m提高至17.2kN/m，提高幅度为7.5%；孔隙比由1.565 降低至1.340，降低幅度为14.4%；液限由50.86%降低至45.4%，降低幅度为10.7%；塑限由28.4%降低至25.9%，降低幅度为8.8%；压缩模量由1.80MPa 提高至2.62MPa，提高幅度为45.6%；粘聚力由4.0kPa 提高至9.8kPa，提高幅度为145%；内摩擦角由3.0°提高至7°，提高幅度为133%；表明经堆载预压处理后淤泥发生固结沉降，孔隙水排出，孔隙比减小，土体倍压密，承载力提高，可有效减少工后沉降。

表2 处理前后淤泥主要指标对比

2.2 十字板剪切试验

对比堆载预压与未处理的十字板强度，可以看出未进行地基处理时，原状土的抗剪强度随着深度稍有增大，增大不明显。这是因为十字板测试的范围内土均为淤泥或淤泥质土，呈欠固结状态，土的强度差异较小。当进行堆载预压处理后，土的抗剪强度总体显著增大，堆载预压前后原状土强度C分别为17.3kPa 和35.2kPa，增长了约1.0倍，残余强度C分别为4.5kPa 和9.3kPa，增长了约1.1倍。

2.3 静力触探试验

对比堆载预压与未处理的静力触探曲线，可以看出未进行地基处理时，8.1m～16.6m 相同深度处，经过堆载预压处理前后的锥头阻力分别为0.1962MPa 和0.3205MPa，侧阻力分别为10.42 kPa 和10.06kPa，侧阻力与锥阻力的摩阻比分别为5.68 和3.46。

由于锥头阻力、侧阻力均与土层的强度和压缩模量成正相关，因此通过对比可以看出，软土地基经过堆载预压处理后，其锥头阻力和侧阻力均显著增大，即处理后地基承载力和压缩模量增大，经堆载预压处理后路基稳定性提高，工后沉降减小。

3、沉降监测与工后沉降预测

3.1 沉降监测

本项目2017年底竣工，2020年11月测量了道路标高，经与设计标高对比，竣工至2020年11月沉降了约140mm，2020年11月开始工后沉降监测，监测频率1次/月，累计监测12 个月，作沉降与时间关系曲线如图4所示。

3.2 工后沉降预测

根据沉降与时间的变化规律，选取测点3 沉降数据采用双曲线法进行拟合，如图5所示，由图5可知，沉降量与时间呈双曲线关系，拟合精度R=0.922，表明拟合程度较好。根据图中参数推算工后沉降值=1/0.015-15.18=49.34mm，加上竣工至2020年11月已发生沉降140mm，则本项目采用堆载预压处理总的工后沉降量为49.34+140=189.34mm＜300mm，满足规范要求。

图2 处理前后十字板剪切强度对比

图3 处理前后静力触探曲线对比

图4 沉降与时间关系曲线

图5 对数法拟合曲线

结语：

（1）堆载预压法处理后软土发生固结沉降，工程特性指标得到有效的改善，提高了地基承载力和抗剪强度，确保路基稳定安全，同时压缩模量增大，有效减小工后沉降。（2）根据沉降预测结果可知，堆载预压法处理后路基工后沉降量小于规范要求值，表明堆载预压法适用于本项目软土路基处理，设计参数选取合理可行。