超载预压结合塑料排水板技术在滨海地区软土地基处理中的应用.pdf

3 8 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 9 月第 9 期 超载预压结合塑料排水板技术在滨海地区软土地基 处理中的应用 边 疆 ( 宁波梅山岛开发投资有限公司， 浙江宁波3 1 5 0 1 2 ) 摘要 ： 该文以具体工程为例 ， 对超载预压结合塑料排水板技术在滨海地区软土地基处理的相关参数进行研究 ， 论述并总结 了超 载预压 结合 塑料排 水板技 术在 滨海地 区软 土地基处 理相 关参数 的确 定方法 。 关键词 ： 软 土地基 处理 ； 塑料 排水 板 ； 超载预 压 ； 工期 ； 附加应 力 ； 自重 应力 中 图分类 号 ： T u 4 4 7 文献 标识 码 ： B 文章编 号 ： l o 0 9 — 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) o 9 一 o 0 3 8 一 o 4 0 前 言 随着世界经济一体化的逐级深入 ，我国沿海 地 区经济得到快速发展 ，滨海地 区的开发逐渐 向 滩途 、 浅海发展 。而滨海地区往往存在工程物理力 学很差 的软土地基 ， 此类地基的特点是土颗粒细 、 孔 隙比大 、 含水量 高 、 孔隙 中的水不易排 出。在这 类地基上修建道路主要问题是地基强度低，受荷 后沉 降量大 ，沉降不均匀 ，道路极易产生边坡失 稳 。 1 工程概 况 梅山岛作为中国第五个保税港区，梅山大道 ( 一期 ) 工程为梅 山岛开发 建设 的第一条 道路 ， 长 1 6 0 0 m， 宽 4 2 m， 按城市主干道设计 ， 近期为货运 主干道 ， 承担进出梅山岛集装箱车辆 ， 远期为客运 主干道。梅 山大道 ( 一期 ) 工程建设的好坏直接影 响到保税港 区开发建设及运营。该工程场地 主要 为山前海积平原和海洋地貌。 场地土系为典型的第 四系软弱土类型。前期拟建道路工程现状 以盐 田、 虾塘 、淤涨型滩涂为主 ，道路建设总工期为 1 2个 月。原地面高程一般为 一 0 ． 3 ～ 0 ． 1 m， 一般路段填方 高达到 3 ． 2 m左右。 桥头路段 ， 填方高度为 3 ． 9 m 左 右。 2 地质情况 该项工程场地浅层遍布淤泥质粘土 、淤泥质 粉质粘土 ， 总厚度为 2 3～3 0 m， 灰色 ， 含水量高 ， 天 然孔隙 比大 ， 流塑状态 ， 粘塑性好 ， 高压缩性 ， 富含 有机质 ， 不排水 ， 抗剪强度小 于 1 0 k P a 。该项工程 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 0 6 — 1 4 作者简介 ： 边疆 ( 1 9 7 3 一) ， 男 ， 重 庆人 ， 高级 工程 师 ， 英 国皇 家特许测量师， 从事工程管理工作。 软基处理的重点内容详见表 1 所列。场地浅层地 下水 以孔隙潜水为主 ，埋深一般介于 0 ． 5 1 m之 间。地下水对混凝土局部有较强腐蚀性 ， 对钢筋混 凝土中的钢筋有较强腐蚀性 。 3 地基处理方法比选 每一种地基处理方法都有其适用范 围和局 限 性，不存在任何条件下都是最合理的万能的处理 方法 。根据地基土 的工程性质 、 路堤填筑高度 、 路 堤相接位 置 、 工期要求 、 当地积 累的经验 ， 以及 对 周 围环境施 工的特定要求 ，选用 以下几种不 同的 处理方法进行 比选 ，确保地基处理方法能满足工 程总工期要求， 且技术先进 、 易于施工 、 经济可行 ( 见表 2 ) 。 从工期 、工法施工难度 、经济性综合 比选 ， 软 土地基处理采用超载预压结合塑料排水板 4 超载预压结合塑料排水板设计 超载预压结合塑料排水板地基处 理方法包括 排水和预压两个不可分离 和缺省部分 ，笔者根据 经验将设计流程进行总结 ， 详见图 1 所示。 将塑料排水板换算成当量直径为 d 的砂井[ ] ， 然后按砂井理论进行设计 。 d =。 式中： 口 为换算系数， 一般取 0 ．7 5 ； b为塑料排 水板宽度 ； 6为塑料排水板厚度。 4 ． 1 排水板长度确定 排水板长度 和容许工后沉降量 、 附加应力( 填 土高度 ) 和 自重应力 比关 系密切 。打排水板 的 目的 就是为了使排水板范 围内软土在施工期 内加速固 结， 减少工后沉降量， 故容许工后沉降量可决定排 水板的长度 ；但附加应力和 自重应力比需达到一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 等载预压 利用土层固有排水通道 ， 堆 载加压排水 固结 蓍 墨 一150 ~ (Om 66 0 3m (夯 填 塘 渣 时 应 注 意 速 率 的 控 3． 时 ，经 计 算 ，要 个 月 的 等 载 预 压 时 ⋯ ～ ：。．’_ 制 ) 间 ，工 后 沉 降 达 到 小 于 ． 的 标 准 ) ‘ ⋯⋯一 ⋯燃脏燃 固结 蕃5 m 48 0 3m茎 薹 超 载 预 压 利 用 土 层 固 有 排 水 通 道 ，超 载 加 压 加 速 排 水 固 结 (夯 填 塘 渣 时 应 注 意 速 率 的 控 4． 时 ，经 计 算 ，要 个 月 的 超 载 预 压 时 ． ～ 、． 制 ) 间 ，工 后 沉 降 达 到 小 于 ． 的 标 准 ) 一 ’ 1 ． 2 m 2 0 2 5 m 1 0c m 45 e ra 个 超载预压结 利用横向 或竖向排水体在地基土中 形成排水体 定间距 ，长度 ～ ， ～⋯ ⋯ ⋯一⋯ ． ． ． ： ． ． ． ’ 合塑料排水系， 缩短土体的 排水通道， 加速软土地基的排水 宽 ， 厚0 ． ， 梅花型布 ： 二 ’： 二 ： ．’ 二 ． ． ． ’ 二= 。 ：二 ： ．’ ： _ 二 二 一 板醋赫 栅度 ⋯⋯ ⋯～ ⋯‘ ‘ m ⋯⋯’ 填塘渣时应注意速率的控制) 一 真空预压结竖向排水体在地基土中形成排水体系， 缩短土体 合塑料排水的排水通道， 通过埋设于砂垫层的抽气管抽气形 板 成的压力， 使软粘土层加速排水固结 通过深层搅拌，将地基土和水泥浆强制搅拌， 利 水 泥 搅 拌 桩 耄 主 言 薯 优质地基从 而减小总沉降 在盐田上设置竖向排水板( 暂 定间距 1 ． 2 m，长度 2 0— 2 5 m， 宽 l O e m， 厚 0 ．4 5 c m， 梅 花型 布 置) ， 砂层中埋设抽 气管并 覆盖 密封膜后 进行抽 气 ， 密封膜下 真空度应 稳定在 8 5 k P ~ 。 1 个月 后夯填塘渣 2 ． 5 m， 应保持抽真 空至预压期结束 水 泥搅 拌桩 呈 三角 形布 置 ，桩径 0 5 m， 桩 长 1 5 m． 桩距 1 ．2 m， 水 泥搅 拌 桩水 泥掺 量 1 5 ％。 2 8 d桩体无 侧 限抗 压强度 1 ,2 M P a 。桩施工 完毕 ， 养护一个月后在其顶 部夯填级配碎 石和敷设土工格栅，之后夯填塘渣 至 2 5 r n 曹 个 巍 月 ，工 后 沉 降 能 达 到 小 于 0．3m 的 标 准 二 ⋯ ～ ：：= ．，’= 二= 工艺成熟， 施工操作简便， 但造价高， 如不 结合预压处理则控制工后沉降的效果有 限， 施工质量很难控制， 且根据部分经验， 超过 8 m深度质量无法达到要求 3 9 0元 ， m ( 水泥搅 拌桩材料费及施工 费用+塘渣填筑厚 度 2 ．5 m) 打设间距较大的薄壁管桩， 通过褥垫层将上部荷 桩体采用P T O~ 4 O O ( 6 O ) 薄壁管 预应力混凝载按刚度分摊在桩与桩 间土上 ， 同时通 过桩 体的桩 ， 桩长 1 6 ～ 2 4 m, 桩距 2 ．3 m ，桩施 工成熟方便 ， 工期短 ， 桩质量 可靠 ， 处理 一 ． 土薄壁管桩荷载传递作用、 排水挤密作用综合提高地基土的 顶铺设级配碎石垫层并加铺土效果明显 施工振动大， 造价高 ⋯ ⋯ “ 承载能力和抗变形能力 工格栅， 增加垫层刚度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 道路交通 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 9 月第 9 期 图 1超载预压结合塑料排水板法流程图 定量才能将土体中的水排出，故附加应力和 自重 应力 比在一定程度上影 响排水板 的长度 ，排水板 若过长，其过长部分起不到排水作用，且造成浪 费 。图 2能很好地说明三者之间关 系。 盘 图 2 排水板 处理断面 图( 单位 ： m 】 笔者将附加应力和自重应力比大于0 ．2 5的范 围打塑料排水板 ，使此范围内的软土沉降在施工 期 内达到 9 0 ％； 附加应力和 自重应力 比在 0 ． 2 5 ～ 0 ． 1 范 围内软土按原状土固结 ，排水排范 围内的土层 当作原状土固结的砂垫层 ；附加应力和 自重应力 比小 于 0 ． 1的土层 ， 由于附加荷载影响小 ， 基本不 会沉降。根据 以上分析 ， 工后沉降为排水板范围内 土层 沉降 的 1 0 ％加 附加应力 和 自重应 力 比在 0 ． 2 5 ～ 0 ． 1 范围内软土的沉降， 若计算的工后沉降过 大或过小 ， 则相左应调整排水板长度、 堆载高度再 进行计算。另外 ， 需进行稳定性验算 。 4 ． 2 排水板间距确定 排水板间距 跟工期有密切的关系 ，工期 长排 水板间距大， 工期长到一定程度 ， 排水板间距可以 无限大， 也就是不需要排水板。排水板能很快地加 速土体的固结， 若工程静止预压期能有 6 个月( 规 范要求 ) ， 排水板间距最大可采用 1 ． 5 m。该项工程 总工期为 1 2 个月， 除去前期打排水板、 堆填塘渣， 后期雨污水 、 道路结构层施工的时间， 超载预压静 置时间最多只有 6 个月。为了使超载期内排水板 深度范 围内的固结度达到 9 0 ％，故选择了排水板 间距为 1 ． 2 m。 4 ． 3 沉降量计算 地基的最终沉降量计算可采用分层总和法『3 ] ， 即 ： S=m S 跏 “ Si = m 主 H i 式中：n ——沉降计算深度范围内的分层数； △P i ——第 i层 土 平 均 附 加 应 力 AP； = ( 盯i 一 1 +盯i ) ／ 2 ； 日 ——第层土的厚度 ； E ——第层土压缩模量 ； m ——沉降经验系数。 4 ． 4 固结度计算 原状土竖向排水某一时间的固结度计算公式 为： 竹 T 一! ! Uz ：1 一 一 下 ：1 一 钾 式中： ——竖向排水平均固结度； —— 竖向固结时间因数 ； C ——竖向固结系数； ￡ ——固结时间 ； 日——土层竖 向排水距离。 使用塑料排水板处理后的软土 ，固结度计算 分为两部分【4 】 ， 竖向固结和径向固结。竖向固结同 原状土。径向固结度计算公式为 ： _ e ． s，x_r - 1 _ 晋 暑 I n ( 由径向、竖向共同排水总的平均固结度计算 公式为 ： = 1 - ( 1 一 ) ( 1 一 ) 式中： ——径向排水平均 固结度 ； —— 总平均固结度 ； —— 径 向固结时间因数 ； C ——径向固结系数 ； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 9 月第 9 期 城 市道桥与 防洪 道路交通 4 l t —— 固结时间； n——井径 比， n = d e／ d w ， d 为塑料排水板换算 成 当量的砂井直径 ， d 为一根塑料排水 板所处 理 的软 土面积 换算成 等效 圆 的 直 径 ，排 水 板 正 三 角 形 布 置 ： d = 、 ／ 2 、 ／ l ／ 1 T= 1 ． 0 5 ￡ ， 正方形布置： d 。 = 、 ／ = 1 ． 1 3 1 ， z 为排水板布置间距。 5 沉 降观测 分析 梅 山大道工 程排水 板正方 形布 置 ，间距 1 ． 2 m， 排水板宽度为 1 0 e m， 厚度 4 ． 5 m m， 其通水量 ≥ 4 5 e m 3 ／ $ 。 为 了进一步验证上面提 出的设计方法 ， 在 梅山大道( 一期) 工程 1 1 处桩号布置了沉降板， 有 2处沉降板在施工过程 中破坏 ， 超载预压土方 加载 曲线见图 3 所示 ，沉降观测结果及理论值见表 3 所列 。现路面工程 已完工并通车两年半时间了， 没 有出现不均匀沉降， 一般路段沉降为 5 ． 5 c m左右。 图 3 土方加载 曲线示薏 图 通过以上比较 ， 剔除 2 处沉降异常值 ， 其余工 期 内理论沉 降值 与实测沉 降值误 差在 3 ． 3 ％ ～ 5 ． 5 ％之 间，验证了本 文所述设计计算方法 的正确 性 ， 同时表明该工程实测数据 满足设计要求 ， 达 到 设计意图。图 4为桩号 K1 + 2 2 0处工期 内理论沉 降 曲线和实测 曲线对 比图。 6 结论 ( 1 ) 总结 了超 载预压 结合塑 料排水 板法设 计 流程 ， 提出确定 排水板 长度 的方法 ， 以及排水板长 度和工后沉降、 附加荷载之间的关系。 ( 2 ) 结合 工程 实例说 明 了工期 的长 短决定 塑 表 3 理论 沉降值和 实测沉降值对 比一览表 理论总沉 理论工后 工期内理 工期内实( S r S ) ／ 4、 ，‘ 降( ) 沉降( s I )论沉降( s ． )测沉降( s ) ( S 。 ) ， ％ 0 3 0 6 O 9 O 1 2 0 1 5 0 1 8 0 21 0 2 4 0 2 7 0 d 图 4 桩号 K 1 + 2 2 0处工期内理论沉降曲线和实测曲线对比图 料排水板的间距 ， 工期长， 排水板间距大， 工期短 ， 排水板间距小 。 ( 3 ) 结合工 程实例验 证 了本 文提 出 的确 定塑 料排水板处理滨海地 区软土地基技术相关参数方 法的正确性 。 参考文献 【 1 】 骆方荣． 塑料排水板在高速公路软基处理中应用【 J 】 ． 城市道桥 与 防洪 ， 2 0 0 3 ， ( 5 ) ． 【 2 ] 刘家豪． 塑料板排水法加固软基： [ 程实例集【 M 】 ． 北京： 人民交 通 出版社。1 9 9 9 ． 【 3 】 J rI ’G D 3 0 — 2 0 0 4 ， 公路路基设计规范【 s 】 ． 【 4 】 彭振斌． 地基处理工程设计计算与施工【 M】 ． 徐州 ： 中国地质大 学 出版社 。 l 9 9 7 ： 1 1 2 — 1 2 2 ． ( 上接 第 2 3页) 道存在 的安全隐患。本文总结 了六种提高 B型喇叭 环形 匝道安全运行 的措施 ， 并结合实例说明了 B型 喇叭环形匝道布设的方法， 可供立交设计人员参考。 参考文献 [ 1 】 霍明． 山区高速公路勘察设计指南【 M ] ． 北京： 人民交通 出版社， 2 0 o 3． 【 2 】日本道 路公 团， 交通部工程 管理 司译 制组． 日本 高速公路设 计要 领【 M】 ． 西安： 陕西旅游出版社， 1 9 9 1 ． 【 3 】 吴涛． 山区互通式立交规划设计与应用技术研究【 D ] ． 西安： 长安 大学工程硕士学位论文， 2 0 1 0 ． [ 4 ]4 周玉梅． 互通式立交 匝道“ 急转弯” 线形安全设计研究【 J ] ． 城市 道桥与防洪， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 9 — 1 1 ． 【 5 ] 李文权， 张云燕， 王莉， 等． 道路互通立交系统通行能力分析方法 【 M】 ． 北京 ： 科学 出版 社， 2 0 0 9 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m