谈超载预压结合塑料排水板软土路基处理

何 伟 朝

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000)

谈超载预压结合塑料排水板软土路基处理

何 伟 朝

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000)

对超载预压结合塑料排水板软土路基处理技术作了多方面的论述，介绍了软土路基的稳定性验算方式，并提出了该技术设计、施工及观测的主要方法，以期为道路软土路基处理提供参考借鉴。

软土路基，稳定性，塑料排水板，超载预压

0 引言

我国软土分布范围很广，主要是在沿海、沿江、沿湖地区，一些沼泽地区也常遇软土。这些地区的道路工程建设活动日益频繁，同时也承受着软土地基带来的病害，如路基不均匀沉降、边坡失稳、路面开裂、桥头跳车等。因此，在软土分布区域道路设计和施工过程中，软土路基的处理问题必须得到足够的重视。超载预压结合塑料排水板是一种常见的排水固结软基处理方法，具有质量可靠、排水效果好、施工方便、工期可控、成本低等特点。本文对超载预压结合塑料排水板软土路基处理技术作了介绍和总结，以供同行参考。

1 软土路基沉降分析

软土路基沉降包括地基沉降和路堤自身压缩两部分，从经典土力学的角度来说地基沉降由三部分组成：瞬时沉降、主固结沉降、次固结沉降。

瞬时沉降是指地基加载以后立即发生的沉降，由于孔隙水尚未排出，土体的总体积基本不变，沉降由土体的侧向形变引起。路基的瞬时沉降可通过路堤填筑方式和填筑速率来控制。主固结沉降是软土路基沉降最主要的组成部分，是一个在外荷引起的超孔隙水压力作用下，孔隙水逐渐排出，应力增量逐渐由土骨架来承担的一个过程。主固结沉降速率主要与土的孔隙压力、渗透性和压缩性有关[2]，可通过超载预压以及设置塑料排水板来加快主固结沉降。次固结沉降由土骨架本身不断的蠕变引起。其实土的次固结沉降在主固结沉降发生时就已经开始了，因为外力由孔隙水承担转变为土骨架承担的过程也伴随着土骨架的蠕变，不过这部分沉降相对较小，往往可以忽略。假设主固结沉降完成以后，才开始次固结沉降。在荷载持续作用下，次固结沉降将持续很长一段时间(贯穿路基的整个寿命)。次固结沉降大小与地基土的历史应力、土的类型及其力学性质有关。次固结沉降往往是造成软土路基工后沉降过大的主要原因，通常可以采用超载预压的方式来降低次固结沉降量，从而达到设计要求。

2 软土路基稳定性验算

软土地基上往往需要填筑高填方路堤，同时也需要施加超载，工期紧迫而又要留有足够的预压时间来保证工后沉降达标，因此路堤填筑时间相对缩短，这就对路堤的稳定性问题提出更高的要求。软土路堤设计既要考虑施工期间稳定性又要考虑其长期稳定性，对一些典型断面在设计洪水位下的稳定性也要进行验算和分析。路基施工期间及运营期间，抗滑安全系数要达到规定的要求。

软土地基路堤的稳定性分析一般可采用有效固结应力法或改进总强度法；一些重要路段或试验段可采用简化毕肖普法或简布普遍条分法。关于抗剪强度参数的选取，施工期间稳定性分析可采用不排水抗剪强度参数分析粘土材料，长期稳定性分析采用排水抗剪强度参数分析所有土类，路基填料则始终采用排水抗剪强度参数进行分析。对于软质粘土，施工阶段固结引起的抗剪强度增量应在设计中加以考虑。除非有更加危险的滑动面，一般采用圆弧形滑动面破坏模式分析路堤稳定性，非圆弧滑动面可采用简布普遍条分法进行稳定分析。

在安全系数不能满足要求的情况下，建议移除一定厚度的表层土或使用土工布加筋(但不限于这两种方法)来满足稳定性要求。

3 塑料排水板设计

塑料排水板横向尺寸的拟定应按照与袋装沙井周长相等的原则换算成沙井当量直径dw，公式如下：

(1)

其中，α为塑料排水板在周围土压力作用下，透水能力的折减系数，一般可取0.75～1.0；b，δ分别为塑料排水板的宽度和厚度。

塑料排水板可按正方形或等边三角形进行布置，其合理间距与软基岩土参数、超载比、容许工后沉降、工期所允许超载预压静置时间等都有关系，实际工程中工期往往起到决定性作用。超载预压静置时间越短，则要求塑料排水板的间距越小，反之越大，但不宜大于1.5 m。理论上塑料排水板间距越小，排水固结所需时间越短，但事实上并非如此，有研究表明当塑料排水板的间距小于0.7 m时，进一步减小排水板间距的效果并不明显[3]，而且塑料排水板间距的减小将提高造价。塑料排水板的合理间距可参照类似工程、已有研究结论或提前安排试验段来确定，在满足工期要求的前提下，尽可能节约成本。

塑料排水板的深度一般应贯穿整个软土层，但当软土层底部附加应力较小时，附加应力与自重应力之比小于0.15的部分可不设置塑料排水板，避免造成材料浪费。

4 超载预压设计

超载预压是指在软土地基上加载至建筑物的最终荷载条件(即等载状况)之后，额外施加临时荷载，使得建筑物在使用期间可能产生的沉降绝大部分在预压期间完成，并且提高地基土的抗剪强度，加快其排水固结过程，超载是临时荷载，在完成预压后必须卸荷。道路作为一种特殊的建筑物，其路堤填料可视为预加载材料，路堤填筑过程也就是预加载过程。当使用填土实现超载预压时，路堤的初始填筑高度应等于路基设计标高+路面及汽车荷载换算的等代路基填料厚度+超载填料高，用于超载的填料及其压实度应采用和路基填筑一样的标准。预压过程中路基沉降后应及时补方，维持超载水平。

超载预压可以加快主固结沉降，但并不是超载比越大越好，因为在有塑料排水板存在的情况下，等载预压甚至欠载预压也可以在短时间内完成地基的主固结沉降，而且超载比越大，预压时间越长，地基的总沉降量越大，这将增大路基土方量。但如果以减少次固结沉降为标准的情况下，超载比越大，预压时间越长，卸载后的次固结系数越小，次固结变形越小[4]。因此，实际工程中，超载比不是越大越好，合理的超载比以及相应的最佳预压时间可参照类似工程、已有研究结论或提前安排试验段来确定，在满足沉降标准的前提下，尽可能节约成本。

5 软土路堤处理施工步骤

超载预压结合塑料排水板处理软土路堤主要施工步骤如下：

1)地面清理及整平；2)铺设一层隔离土工布；3)铺设排水砂垫层；4)根据设计的布置形式、间距和深度等要求安装塑料排水板；5)如果需要，在排水层上横向放置加筋土工布以加强路堤稳定性；6)沉降观测板埋设及观测；7)分层填筑路堤。

注意路堤应填筑至设计高度(包括路面及汽车荷载换算的等代路基填料厚度和超载土高)，建议路堤分层填筑厚度不大于30 cm，填筑速度大约为每周1 m，应根据工程实际情况确定。

6 现场观测设备与手段

软土路基处理设计仅仅是依据一些可用资料得到的初步分析结论，因此需要通过现场观测来弥补设计的不足，其主要作用有：1)验证设计假设；2)跟踪沉降响应；3)指导路堤填土速度；4)当沉降接近警戒值时，为迅速采取补救措施提供依据；5)评定固结度水平，为下一步施工安排提供技术依据。

现场观测仪器包括：

1)沉降板：安装在路堤底部用于测量随着路堤填筑，自然地基沉降的情况；

2)沉降钉：用于观测路堤表面高程并且评估潜在的水平和垂直方向上的不均匀沉降情况；

3)位移桩或者测斜仪(按照实地需要设置)。

观测仪器的安装形式如图1所示。

沉降板和沉降钉等观测设备的观测频率可根据工程实际确定，并且可能根据现场状况随时进行必要的调整。对施工过程中收集来的观测数据进行分析评价，进而可以确定：在填筑的过程中，是否需要增加安全措施(如稳定坡台)；在预压过程中，是否需要增加超载；是否可以卸载等结论。

7 结语

道路软基处理是一项重要而又复杂的工程技术，其处理方法有很多种，超载预压结合塑料排水板是其中一种简单而行之有效的技术手段，已在许多工程中得到应用。本文对超载预压结合塑料排水板软基处理技术做了一些简单的介绍，可为道路软基处理设计和施工提供一些借鉴，具体工程还要根据现场实际情况做出准确的判断并提出合适的措施。

[1] 钱家欢.土力学[M].南京:河海大学出版社,1995.

[2] 韩 亮.高速公路软土路基沉降变形研究[J].交通标准化,2008(8):49-52.

[3] 任文芳.塑料排水板间距对真空预压加固时间的影响[J].中国港湾建设,2005(3):30-31,52.

[4] 李国维，杨 涛，殷宗泽，等.公路软基超载预压机理研究[J].岩土工程学报,2006,28(7):896-901.

[5] 王燕芝.高速公路软土路基处理技术研究[J].山西建筑,2014,40(10):142-144.

Discussion on soft soil subgrade treatment by combining surcharge preloading with plastic drainage board

He Weichao

(ChinaMunicipalEngineeringZhongnanDesignAcademyHeadquarterCo.,Ltd,Wuhan430000,China)

The thesis discusses soft soil subgrade processing technologies by combining surcharge preloading with plastic drainage board from various aspects, introduces soft soil subgrade stability checking method, and puts forward major technological design, construction and observing methods, with a view to provide some guidance for soft soil subgrade treatment.

soft soil subgrade, stability, plastic drainage board, surcharge preloading

2015-02-10

何伟朝(1987- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)13-0162-03

U416.1

A