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1、1中山市沙古公路软基监测及处理效果评价马留山(广东逸华交通工程检测有限公司 广东 中山市 528478)摘要：以中山市沙古公路软基施工监测项目为例，介绍了软土路基在堆载预压处理过程中沉降和应力的变化规律。通过对软基处理施工过程中地表沉降、深层水平位移及孔隙水压力的现场监测及地基处理前后土体参数的检测，分析了软土地基的加固过程及加固效果。研究结果表明，堆载预压法处理码头陆域软基效果明显，能达到预期的加固目的。关键词：软土地基 堆载预压 施工监测 加固效果0 前言珠江三角洲地区广泛分布着海相、湖相以及河相沉积而成的软弱地基，且大多软土厚度较大。在这些区域的道路工程建设中，一般都需要对软土地基进行处
2、理。在常用的软基处理方法中，堆载预压法是处理软土路基较为经济适用的方法 1。堆载预压法加固软基的基本原理是利用软弱地基土在外部荷载作用下排水固结，卸载后仍保持密实不变的特性，对软土地基进行预压加固处理 2。由于软土具有含水量高、渗透性弱、固结慢等特性，因此在堆载预压前一般需要在地基中设置排水通道以减少土体固结时间，目前常用的排水通道主要为袋装砂井和塑料排水板。另外，为保证排水顺畅及地基的稳定性，工程中常在地基上设置砂垫层和土工织物。本文通过分析中山市沙古公路 K8+400K9+200 路段软基施工监测结果，探讨堆载预压法加固深厚软基的过程及效果。1 工程概况及监测项目1.1 工程概况中山市沙古
3、公路全长 18.77km，起点位于古镇岐江公路与中兴大道交汇处，终点在G105 国道与中山市中心城区外环北路相交处，是中山 市干线公路网规划“六纵五横九加密”中横三线的组成部分。该项目设计标准为双向六车道一级公路，设计时速为 100km/h。线路跨越区域为珠江三角洲海陆交互冲击平原，地势平坦开阔，一般高程为-1.32.8m，河涌水网纵横交错，鱼塘星罗棋布，地势平坦开阔，属于珠江三角洲的西、北江冲积平原区。由于河流冲击和海潮的进退作用该区域广泛分布着淤泥、淤泥质土等高压缩性软土，平均厚度约 1215m，最大深度在 25m 以上。软土地基主要采用袋装砂井联合堆载预压固结排水法处理。1.2 K8+4
4、00K9+200 路段地质概况及软基处理设计K8+400K9+200 路段位于沙古公路横栏镇范围，工程地质条件具有很强的代表性。根2据勘察资料，该路段地层主要以淤泥、淤泥质土、淤泥质砂等，以淤泥层为主，层厚1015m。地层岩性情况大致分述如下：1、第四系全新统（4）地层：、人工填土、耕植土（4ml+pd ）：灰褐色，灰黑色、稍湿，软可塑，层厚0.53.6m，主要由粘性土及石英砂组成，局部含碎石及植物根系等，主要为鱼塘、耕地田埂，属级松土。、海陆相混合沉积层（4mc）：主要为淤泥、淤泥质土、淤泥质砂，以淤泥层为主。淤泥为灰黑色，流塑，泥质滑腻，部分含腐植质及贝壳碎片，层厚1.624.7m， =4
5、0.187.0%， 63.5=17；淤泥质土为灰黑色，流塑，土质均匀，泥质滑N腻，局部含腐植质及少量粉粒、细砂粒和贝壳碎片，层厚 515.0m。、残积相地层（4）：岩性以砂质粘性土、亚粘土、亚砂土为主，褐色、灰黄色，硬塑，由下伏基岩风化残积而成，含砂粒，多呈层状分布于基岩面上，层厚2.07.5m。、基岩：线路范围内揭露地层岩性为全风化、强风化、微风化的泥岩、砂岩、砾岩及花岗片麻岩等。各地层岩性物理力学指标统计如下表：表 1.1 各地层岩性物理力学指标统计土层名称 重度含水量孔隙比 比重饱和度 液限 塑限垂直固结系数水平固结系数压缩系数压缩模量植土 1.84 28.5 0.87 2.68 88
6、36.2 22.9 0.39 4.79淤泥 1.67 54.6 1.59 2.62 99 42.8 27 0.95*10-3 0.89*10-3 1.38 1.88亚粘土 1.75 24.8 0.69 2.67 93 30.4 20.2 0.43 3.93该路段软基采用袋装砂井联合堆载预压法处理，袋装砂井直径 7cm，间距为 1.0m，正三角型布置，袋装砂井打穿淤泥层并进入下部粘土层 0.51.0m。路基填土设计高度平均约4m，分两期加载，具体加载情况为：第一期堆载高度 2.2m，固结 2030 天后，第二期加载高度 1.8m，满载后预压约 180 天。3 监测项目为保证施工过程中软土路基的整
7、体安全和稳定，在堆载预压期间对地基的表面沉降、深层水平位移及孔隙水压力等指标进行的监测。加固区域内共埋设地表沉降板 10 个；孔隙水压力监测点 5 个，主要埋设在软土层厚度较大的区域，沿深度方向每 24m 埋设一个孔隙水压力计，单孔单计；测斜管 5 个，主要埋置于地表沉降量较大的区域，埋置深度依据3地质情况而定，并确保测斜管底部穿过软弱地基层进入硬土层内。2 监测结果分析2.1 地表沉降监测数结果分析软基的地表沉降是通过沉降板观测结果直接得到的，它是地基不同加载期所产生的竖向总变形量，其变化规律是控制施工进度的最重要指标，也是软基处理效果的最直接反映。本项目所测的地表沉降资料为两次加载过程及预
8、压期间的观测结果。根据测试结果显示，在 10 个测点中，测点 1#、2#、9#、10#累计沉降较大，分别达到了586mm、599mm、554mm、538mm,其他测点一般在 300480mm 之间，主要原因在于以上测点的位置均在软土深度相对较厚的区域，并且位于加固区的进出口附近，受行车荷载影响较大。以下选择有代表性的测点 5#进行分析，其沉降曲线及沉降速率曲线如图 1、图 2所示。5#监 测 点 时 间 累 计 沉 降 荷 载 曲 线 图70605040302010010203040500 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 60 65 70 75 80 85 90
9、9510累 计 天 数 （ 天 )累计沉降（mm） 填土厚度（cm）5#监 测 点 时 间 沉 降 速 率 荷 载 曲 线 图3028262422201816141210864202460 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100累 计 天 数 （ 天 )沉降速率（mm/d）填土厚度（m）图 1 5#监测点时间累计沉降荷载曲线 图 2 5#监测点时间沉降速率荷载曲线由图 1、图 2 可知，在加载期间，软基的沉降量较大，沉降速率也急剧增加，在一定程度确保了软土快速固结密实，起到了加固软基的作用，但如果填土过快，将不利于地基中孔隙水的消散，影响地基的整体稳定性，因此施工中要调配
10、好加载时间间隔，确保饱和软粘土得到充分固结。预压期间，沉降速率逐渐收敛，软土得到密实加固。从监测曲线可知，到监测截止日，此监测点的沉降已趋于稳定。2.2 孔隙水压力监测结果分析饱和土中任一点的总应力是由孔隙水压力和有效应力共同承担的。堆载预压是通过外部荷载在软土中施加附加应力，在地基中形成超静孔隙水压力，并随着孔隙水排出将附加应力转化为有效应力，从而使土体得到加固的。通过孔隙水压力监测可清晰地反映软基的固结过程及加固效果。本项目共设置 5 个孔隙水压力监测点，图 3 为 5#监测点随时间的孔压变化曲线。45#监 测 点 孔 隙 水 压 力 变 化 曲 线05101520253035404550
11、0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100累 计 天 数 （ d）孔隙水压力（KPa） 17m13m10m8m4m图 3 5#监测点孔隙水压力随时间变化曲线由图 3 可知，土体中的各个深度孔隙水压力在加载过程均迅速增大，并在预压期增长逐渐消散，并且在深层软土中消散情况更加明显，表明土体中的孔隙水压力在堆载预压下迅速消散，土体有效应力增强，地基得到加固。2.3 深层水平位移监测结果分析土体深层平位移是通过在软基中埋设测斜管进行监测的，其目的是测试堆载预压过程中不同深度土体的水平位移速率，结合地表沉降控制加载速度，并根据水平位移量找到软基可能发生滑动的位置，确保地基处理过程中
12、地基的整体稳定。图 4 为本项目 3#测斜管的监测曲线。0.51.52.53.54.55.56.57.58.59.510.511.512.513.514.515.516.517.50 40 80 120 160 200 240水 平 位 移 （ mm）深度（m）1(2009-10-5)2(2009-10-8)3(2009-10-10)4(2009-10-15)5(2009-10-23)6(2009-11-2)7(2009-11-9)8(2009-11-16)9(2009-11-23)10(2009-11-30)11(2009-12-10)12(2010-1-1)图 4 土体深层位移随时间变化曲
13、线由图 4 可知，在堆载预压施工期间，土体水平位移一直处于增大状态，其中加载过程中地基土各深度水平位移速率较大，预压期间逐渐趋于稳定；土体水平位移量较大的部位5位于地面下 1.5m 和 4.5m 处，为地基土稳定性较差的深度，施工应引起重视。3 软基加固效果评价3.1 固结度计算固结度是反映地基中孔隙水压力消散情况的指标，也是评价地基加固效果重要标准。单点的固结度可以通过孔隙水压力测试结果进行计算，也可根据地表沉降监测数据及预测最终沉降量进行计算 3。地基处理效果则主要是根据整个场地平均固结度进行评判的。根据监测数据计算可知，沙古公路 K8+400K9+200 段平均固结度为 96%，满足设计
14、要求固结度达到 94%的卸载标准。3.2 土体参数检测及加固效果评价为更直观地反映软土地基的加固效果，地基处理前后分别对该项目的土工参数进行了检测，其中表 1 为十字板剪切试验的检测结果。表 1 地基处理前后土体的十字板剪切试验检测结果加固前十字板剪切强度 加固前十字板剪切强度土体状况 平均值 (kPa) 标准差 (kPa) 变异系数 (%) 标准值 (kPa) 平均值 (kPa) 标准差 (kPa) 变异系数 (%) 标准值 (kPa)原状土 32.6 10.5 32.5 29.22 63.26 15.6 24.6 57.95重塑土 15.6 4.3 27.9 10.27 30.91 5.5
15、8 18.1 27.01由表 1 计算可知：原状土加固前后十字板剪切强度增加了 98.3%；重塑土加固前后十字板剪切强度增加了 162.9%，加固效果非常明显。4 结论通过分析堆载预压法处理沙古公路 K8+400K9+200 路段软基的施工监测过程及检测评价结果，可以得到以下结论：（1）通过分析软基施工中各监测指标并进行应用，指出监测工作能较好地指导了软土地基施工，并有效地验证了软基的处理效果。（2）根据软基的沉降曲线和孔隙水压力监测数据对固结度综合计算，得到了地基处理后固结度达到了 96%，满足设计要求的卸载标准。（3）地基处理前后土体十字板剪切试验表明，预压处理后原状土和扰动土的强度分别增加了 98.3%和 162.9%，地基加固效果非常明显。（4）软土地基施工监测过程及效果检验结果表明。堆载预压法是处理深厚软土地基的有效方法。参考文献61 杨军. 堆载预压法在软土路基加固中应用J. 岩土工程界 :2004(3).2 徐泽中. 公路软土地基路堤设计与施工关键技术M. 人民交通出版社, 2007.3 王晓谋, 袁怀宇. 高等级公路软土地基路堤设计与施工技术 M. 北京: 人民交通出版社, 2001.
