有无硬壳层袋装砂井处理软土地基现场监测数据分析

徐远青

摘 要：针对软土路基有无硬壳层的特点，根据广东某高速公路袋装砂井软土路基现场监测数据，分别选取代表性的监测断面进行分析，得出：有上覆硬壳层路段的沉降滞后于荷载加载。有上覆硬壳层路段的地表侧向位移较小，随着深度的增加，侧向位移逐渐增加，在软土层内侧向位移达到最大;无上覆硬壳层路段的地表侧向位移最大，随着深度的增加，侧向位移逐渐减小。有上覆硬壳层的软土孔隙水压力大于无上覆硬壳层的软土孔隙水压力。有无上覆硬壳层对袋装砂井处理效果有显著的影响。

关键词：软土路基;袋装砂井;硬壳层;现场监测;数据分析

0 引言

软土具有高含水量、高孔隙比、高压缩性的特点，表现出抵抗剪强度低、低渗透性、地承载力低等特征[1-3]。在软土上直接修筑路基容易产生不均匀沉降，严重影响路基的安全和使用寿命，必须对其进行加固处理，才能满足工程建设需要。袋装砂井堆载预压法作为处理软土地基常用方法，和复合地基处理法相比，其从根本上改变地基的物理力学性能從而提高地基承载力，具有施工方法简单、造价低廉，效果显著，在国内的软基处理工程中得到广泛的应用研究[4-5]。但是对于有无硬壳层袋装砂井沉降分析研究比较匮乏。

为此，本文结合广东某高速公路袋装砂井软土地基处理工程实践，分析袋装砂井堆载预压法在有无硬壳层路段的处理效果及特点。

1 工程简介

广东沿海某高速公路软土路基中有较好硬壳层的路段约4 km，其余软土路段硬壳层较差（可视为无硬壳层）。根据工程地质勘察报告，项目范围内的软土主要为淤泥质粉质黏土及淤泥质砂，其物理力学指标参数见表1。上覆地层主要为砂层、淤泥质粉质粘土及基岩风化残积土。

根据软土地基有无上覆硬壳层，本文选取硬壳层路段、无硬壳层路段各一个代表性监测断面进行研究。硬壳层路段选取K13+380监测断面为分析断面，该断面自上而下依次划分为：①粉砂，层厚3.0 m，②淤泥质粉质黏土，层厚14.4 m，③中砂，层厚3.7 m;无硬壳层路段选取K15+450监测断面为分析断面，该断面自上而下依次划分为：①耕植土，层厚0.5 m，②淤泥质粉质黏土，层厚4.5 m，③粉质黏土，层厚3.1 m，④强风化碳质砂岩，层厚3.3 m。

2 监测内容

为确保软土地基处理达到预期效果，监测项目包括地表沉降、路基水平位移、孔隙水压力等，监测仪器布置如图1所示。

2.1 地表沉降

采用钻孔埋设沉降计监测地表沉降。在路基填筑施工前，分别在路基中线、左右路肩处钻孔埋设沉降计。将沉降计测杆一端固定在地基深部的沉降影响区以外，另一端固定在地表，通过两点之间的距离变化来反映地表的沉降，不受路基填土影响。

2.2 路基水平位移

采用位移计监测路基水平变形情况，当路基发生水平位移时，坡脚法兰固定盘与路基坡脚同步位移，使传感器的活动导磁体在其磁通感应线圈内发生相对滑移，通过读数仪测出位移量，实现路基内部水平位移监测目的。

2.3 路基深层水平位移

采用测斜管监测路基深层水平位移情况，测斜管弯曲性能应以适应被测土体的位移情况为适宜。测斜管埋设于路堤边坡坡趾（坡脚）外缘0.5 m～1.0 m的位置，测斜管底部深度应置于硬土层中1 m～3 m。

2.4 孔隙水压力

采用振弦式渗压计监测地基中软土的超静孔隙水压力消散情况。埋设时，应采用一孔单只孔压计埋设方法。

3 监测结果及分析

自2017年6月开始观测，K13+380及K15+450监测断面主要监测结果如下：

3.1 地表沉降监测分析

从图2中的沉降曲线可知，左路肩的沉降量远大于右路肩及路基中线的沉降量;由于同一断面软土性状差异较大，在荷载相同的情况下，同一断面产生较大的差异沉降。路基在完成预压后的短时间内地表沉降还是按上一级荷载沉降速率继续沉降，而后沉降速率变缓逐渐收敛，沉降曲线具有明显的拐点。从预压完成时间与沉降曲线拐点时间看，沉降明显滞后荷载的加载，由于该监测断面具有良好的硬壳层，硬壳层对软土沉降具有滞后性，造成沉降滞后荷载加载。

从图3中的沉降曲线可知，该沉降曲线为典型的软土路基加载沉降曲线。由于同一断面软土性状差异较大，在荷载相同的情况下，同一断面产生较大的差异沉降。与图2对比可知，硬壳层软土路基沉降曲线具有明显的拐点，且沉降滞后荷载加载。

3.2 地表水平位移监测分析

从图4可知，随着路基填土荷载的增加，地表水平位移始终保持较小的数值，始终处于10 mm的范围内;路基荷载作用于硬壳层时，硬壳层强度及刚度较大、结构性较好，产生的变形较小。硬壳层向下沉降变形时，除了能够将承受的荷载传递到更大的面积上，减少软土单位面积上承受的荷载，同时对下卧的软土具有良好的封闭作用，限制下卧软土变形。综合上述因素硬壳层路段地表水平位移较小。

从图5可知，随着路基填土荷载的增加，地表水平位移逐渐增加，荷载沉降曲线收敛时，地表水平位移达到最大，并趋于稳定。在无硬壳层的软土区域，由于软土具有较强的流变性，在受到荷载时，除了发生垂直沉降以外还会发生水平位移，故无硬壳层软土路基的水平位移较大。与图4对比可知，在硬壳层较好的区域，地表水平位移很小;在无硬壳层的区域，地表水平位移较大，硬壳层可以很好的限制地表位移。

3.3 空隙水压力分析

从图6可知，当路基荷载增加时，空隙水压力也随之增大，而后缓慢减小;随着荷载的逐渐增大，空隙水压力出现负值的情况，并持续一定时间;在荷载增大到一定程度后，孔隙水压力恢复正值。在受到荷载作用作用前期，硬壳层传递给软土层附加应力小于其抗剪强度，软土仅发生压缩变形，产生超孔隙水压力，此时空隙水压力表现为正值;随着荷载增大，硬壳层传递给软土层附加应力大于其抗剪强度，软土不仅发生压缩变形，而且也发生剪切变形，当剪切变形大于压缩变形时，表现出的孔隙水压力为负值;荷载继续增大时，硬壳层的封闭作用限制软土变形，压缩变形大于剪切变形，表现出的孔隙水压力为正值。

从图7可知，随着荷载的增加，软土层孔隙水压力处于一个较低稳定的状态。由于没有硬壳层的影响，软土层在受到荷载时，超孔隙水通过袋装砂井排出，使得软土中孔隙水处于较低的水平，确保路基的稳定。与图6对比可知，无硬壳层软土地基中的孔隙水压力比硬壳层路段孔隙水压力小;无硬壳层路段软土含水量较小，硬壳层路段软土含水量较大;有无硬壳层对软土孔隙水影响较大，对袋装砂井的处理效果影响较大。

3.4 深层位移监测分析

从图8可知，K13+380断面地表侧向位移较小，随着深度的增加，侧向位移逐渐增加，在软土层中侧向位移达到最大。硬壳层将荷载传递至软土层，在软土的强度较低、流动性强的特性下，最大侧向位移发生在深处的软土中;硬壳层强度及刚度较大、结构性较好的特点，地表的侧向位移较小。

从图9可知，K15+450断面地表侧向位移较大，随着深度的增加，侧向位移逐渐减小。在荷载作用下，由于软土的高灵敏度、强流动性，地表侧向位移最大。与图8对比可知，硬壳层路段，路基的最大侧向位移发生在路基深度，无硬壳层路段最大侧向位移发生在地表。

4 结语

根据K13+380、K15+450监测断面分析结果可得，无论软土层上有无上覆硬壳层，袋装砂井预压处理都具有良好的排水固结效果。同时根据软土层上有无上覆硬壳层，得出以下结论：

（1）有上覆硬壳层路段的软土路基加载沉降曲线具有明显的拐点，且沉降滞后荷载加载。

（2）有上覆硬壳层路段的软土路基地表位移较小，随着深度的增加，侧向位移逐渐增加，在软土层内侧向位移达到最大;无上覆硬壳层路段的软土路基地表位移较大，随着深度的增加，侧向位移逐渐减小，在地表侧向位移达到最大。

（3）在硬壳层厚度确定的情况下，随着荷载的增加，软土中的孔隙水压力相应的加大;在荷载填筑过程中，软土中的孔隙水压力变化明显。有上覆硬壳层软土层孔隙水压力大于无上覆硬壳层软土层孔隙水压力。

（4）软土路段有无上覆硬壳层对袋装砂井处理有显著的影响。

参考文献：

[1]龚晓南.复合地基设计和施工指南[M].北京.人民交通出版社，2003.

[2]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].北京.中国建筑工业出版社，2008.

[3]柴跃进.某铁路车站软土地基的沉降变形特征[J].鐵道科学与工程学报，2013，10（04）：95-99.

[4]何春保.潮汕机场软土地基处理试验研究及沉降规律分析[J].施工技术，2014（13）：71-75.

[5]刘热强，蒋建清.海相软土地基的塑料排水和袋装砂井联合堆载预压加固方法[J].公路，2015（04）：42-50.

[6]汪志强，唐彤芝，黄康理.真空联合堆载预压处理深厚软基试验和数值分析[J].江苏大学（自然科学版），2012（01）：110-113.