真空堆载预压结合水泥搅拌桩墙加固路基填方边坡

吴水平

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东 深圳 510170）

0 引言

珠三角地区由于气候湿润，降水量大，加上其他因素的影响，存在着大面积的深厚淤泥质软土层，随着城镇化的推进，市政道路建设需在不利的场地条件下填筑路基，为满足相应的防洪需求，填筑高度在3～5m不等，通常采用较为经济的真空联合堆载预压技术处理软基，但难以满足市政道路较高填方边坡的稳定性，必须采取相应的措施进行加固。

以某市的市政道路为例，对路基填方边坡加固施工实践进行详细阐述。该市西侧路至现状主干路长约0.758km、路宽24m，理工学院西侧路（自理工学院南侧路至理工学院北侧路）长约0.971km、路宽24m。市政道路存在淤泥层，厚度约为10m，采用真空联合堆载预压处理，路基填筑高度最高达5m。为保证隔水防渗及两侧边坡稳定，道路两侧采用水泥搅拌桩墙进行处治。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

拟建场地原始地貌属于海积地貌，场地周边三面环山、一侧临水，场地现状多为鱼塘，局部已经回填，地形较平坦、开阔。本次勘察期间，测得各钻孔地面高程在-0.5～4.7m之间。

1.2 场地岩土分布及其特征

根据钻探揭露，场地内地层自上而下依次为：人工填土层（Q4ml）、第四系海积层（Q4m）、第四系海陆交互沉积层（Q4mc）、第四系冲洪积层（Q4al+pl）和第四系残积层（Qel）；下伏基岩为侏罗系燕山期（J3γ）全风化～中风化花岗岩。各岩土层的成因、岩性、工程地质特征、埋藏深度和风化程度分述如下：道路沿线路基下部地层分别为①1素填土、①2填石、②1淤泥、②2和③3淤泥质砂、③2淤泥质土、④1黏土、④2粉质黏土、④3砾砂、⑤砾质黏性土和⑥1强风化花岗岩。人工填土、淤泥、淤泥质砂和淤泥质土为软弱土层，埋深1.0～18.8m，厚度大、变化大，不得直接作为拟建路基持力层，需进行地基处理，处理后经检验满足设计要求的地基才可作为拟建道路路基持力层。

本工程场地是由鱼塘回填而来，存在大量的淤泥质土，因此特殊路基路段主要为淤泥质软土地基，南、西侧路软土底高程最低为-10.33m。

2 路基处理方案

2.1 南、西侧路路基处理方案

考虑到软土厚度、工期、造价等多方面因素，本次南、西侧路基处理采用真空联合堆载预压法。

本工程中的真空联合堆载预压为直排式真空联合堆载预压，相对于普通的真空联合堆载预压，减少了中粗砂排水垫层，造价更低，并降低了真空损耗，抽真空效果相对更好。

除特殊要求的回填材料（如石屑垫层、碎石垫层）外，其余所有回填料均须满足道路路基填料要求。

2.1.1 施工工序

施工工序为：回填开山土石→场地整平→铺设石屑垫层→布设塑料排水板→布置射流泵及真空吸水管网→布设黏土密封墙及水泥搅拌桩墙→设置压膜沟和密封膜→真空联合堆载预压加载→强夯后满夯并振动、碾压、整平→检测验收。

2.1.2 分级加载计划

根据工程经验及地勘数据，淤泥固结系数取Cv=Ch=0.6×10-3cm2/s，插板间距为1.0m×1.0m。排水板底部为不透水层，排水板打穿受压土层，分级加载，加载详情如表1所示。

表1 加载计划

平均满载天数推算结果如表2所示。

表2 平均满载天数推算结果

2.1.3 地基处理技术方案

在真空预压区回填开山土石至1.50m后进行场地整平，然后在场地两侧施作水泥搅拌桩墙，并布设排水板，安装直排式真空预压水平排水系统。排水板采用B型原生排水板，间距1.0m，长度约为8～15m，需穿透天然泥面下的淤泥层，进入硬土层约0.5m。水平排水系统布置完成后，在3层密封膜上下分别铺设0.3m厚的石屑垫层，经抽真空稳定后，继续堆载。堆载采用分级堆载的方式，堆载填料材料须满足路基填料要求，满载预压120d后卸除荷载，根据场区内钻孔资料计算，地基平均总沉降约为1.5m。

堆载预压结束后，需经过试夯，再进行强夯并满夯碾压整平，强夯能级为1000kN·m，采用卸载料作为强夯补填料。图1、图2分别为南、西侧路基真空联合堆载预压处理平面、横断面图。图3为水泥搅拌桩墙布置平面图。

图1 南、西侧路真空联合堆载预压处理平面图（单位：m）

图2 南、西侧路真空联合堆载预压处理横断面图（单位：cm）

图3 水泥搅拌桩墙布置平面示意图（单位：m）

3 路基边坡稳定性计算分析

本段路基采用真空联合堆载预压处理，道路两侧采用水泥搅拌桩墙作为隔水防渗及边坡加固措施。路基边坡稳定性计算过程如下。

3.1 计算参数

根据本项目勘察报告及现场实际情况，外侧水位为0.5m；原泥面高程为-0.5m；堆载土厚度为5m；水泥搅拌桩直径为550mm，无侧限抗压强度为0.8MPa；施工荷载为10kPa，使用期路面荷载为20kPa。

淤泥参数均采用固结快剪值，水泥搅拌桩内部淤泥参数采用固结快剪值的90%。

堆载边坡坡率均采用1∶1.5，第一层堆载底部宽度取25m，分3级堆载，坡高共计1.5m+2m+1.5m=5m，水头取+2.0m。

土层数为5，土层参数详见表3。其他岩土材料属性参数见表4。

表3 土层参数

表4 岩土材料属性参数

3.2 计算模型

采用PLAXIS软件有限元法进行计算，分别使用了两种地质模型：没有素填土层的模型（最差地质条件）和包含3m素填土层的模型。采用分步施工的方式进行模拟计算，具体步骤如表5所示。

表5 有限元计算步骤

表5 （续）

3.3 计算结果

本次有限元模拟共进行了5个工况的计算，边坡整体稳定性计算结果如表6所示。

表6 边坡整体稳定性计算结果

限于篇幅，本文仅给出模型5的计算图，见图4。

图4 使用双排水泥搅拌桩-附加路面荷载后参数折减法计算破坏面

采用含素填土层、使用双排水泥搅拌桩的模型，完成第三层堆载并施加路面荷载（20kN/m2）后，经计算得边坡安全系数γ=1.44，满足规范要求。

4 结语

综上所述，计算参数的取值主要依据勘察报告，较为合理，采用有限元法计算得出边坡稳定性满足《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）正常工况下的使用要求。真空堆载预压处理后，路基沉降量在规范允许范围内。该路基处理方法较为常规，在工期允许的情况下较为经济、合理。本次真空预压路基处理过程中，填方边坡高度达到5m，采用双排水泥搅拌桩墙，取得了较好的效果，可为今后类似项目提供参考。