静力排水固结法在软土路基中的应用实例

摘要：本文以广东省廉江市某新修城市主干道为例，介绍了静力排水固结法在软土路基中的应用及加固效果。

一、前言

广东省廉江市城区，地基有相当一部分区域为软土地基，地基含水率高，高压缩性，承载力差。

本文介绍排水固结处理加固软土路基。

二、排水固结处理软土地基的概念，作用和适用范围

1、概念

该法是对天然地基或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身所承受重力分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。

它由加压系统和排水系统两个主要部分组成，常用的排水和加压方法如图一所示。加压系统是为地基提供必要的固结压力而设置的，它使地基土层因产生附加压力而发生排水固结。设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。如果没有加压系统，排水固结就没有动力，即不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难以排出，也就谈不上土层的固结。反之，若没有排水系统，土层排水路径少，排水距离长，即使有加压系统，孔隙水排出速度仍很慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量，地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。因此加压和排水系统是相辅相成的。

在地基中设置竖向排水体，早期常用的是砂井，它是先在地基中成孔，然后灌以砂使之密实而形成的。由塑料芯板和滤膜外套组成的塑料排水板在工程上的应用也在日益增加，有取代砂井之趋势。塑料排水板可在工厂制作，运输方便，在没有砂料的地区尤为合适。工程上广泛使用的，行之有效的增加固结压力的传统方法是堆载法，此外还有真空法、降低地下水位法、电渗法和联合法等。采用后面这些方法不会像堆载法那样可能引起地基土的剪切破坏，所以比较安全，但操作技术比较复杂。

2、作用与适用范围

排水固结处理的主要作用表现在两方面。

（1）降低压缩性。通过排水固结处理，可使地基沉降在加载期间大部分或基本完成，从而大大减小建筑物建成后的沉降和差异沉降。

（2）提高强度。排水固结加速了地基抗剪强度的增长，从而提高了地基的承载力和稳定性。

排水固结处理适用于淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基。

目前在地基处理工程中广泛应用、行之有效的方法是堆载预压，特别是砂井堆載预压法。对沉降要求严格的建筑物、冷藏仓库、机场跑道等，常用该法。待预压期间的沉降达到设计要求后，移去预压荷载再开始建筑施工。对于以加速地基土排水固结、缩短工期为目的的工程，如土坝、路堤、海港码头等填方工程，则不需要额外的预压材料，直接利用填方本身的所承受的重力分级加载压密，工程费用低。对于油罐地基，则可利用油罐充分预压这一特殊方式分级加载处理。

此外真空预压、降水预压、电渗法等也因各自不同的特点，在各类工程中获得应用。应当指出的是，排水固结法还可与其他类地基处理方法联合使用，不同的排水固结方法亦可联合使用。

三、工程实例

（一）背景资料

1、场地情况

该城市新修主干道，长约3km，大部分路基为软土地基，工程地层特征见表一：地层特征表

2、软基处理要求

（l）按施工后变形要求进行控制：使用期内，最大工后沉降≤300mm，差异沉降≤0.3%。

（2）处理后地基承载力满足以下要求：fak≥120kPa。

（3）造价要求：在合理工期内，满足处理后场地变形要求条件下，达到最优性价比。

3、设计要求

（1）砂垫层厚度为1.0m，采用中粗砂，平均含泥量<5%，最大含泥量<8%。

（2）排水板间距1.2m，正方形布置，打设至软土下卧层0.5m。

（3）分2～3级（根据稳定情况）堆载至设计标高。

（4）满载时间为80d。

（5）卸载标准：①满载时间超过80d；②根据沉降分析的固结度>80%；③工后沉降<30cm。

当下卧淤泥层层厚大于3m时，仅用堆载预压处理，固结时间非常长，该条件下需采用塑料插板加快排水固结。预压荷载的大小根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定，并使预压荷载下受压土层各点的有效竖向压力大于或等于使用荷载所引起的相应点附加应力。

（二）、施工方法与技术措施

1.水平排水体系

本区段处理的是部分道路，其宽度较小，不须设置盲沟；直接采用砂垫层与集降水井排水，利用砂垫层将水汇集至集降水井再抽排水，此外该种水井起到一定的降水作用。

（1）秒垫层：厚度1.0m，采用中粗砂或瓜米石，平均含泥量<5%，最大含泥量<8%。

（2）集降水井沿道路内侧纵向每隔设定距离设置1口集降水井，在施工及交工前期间，使用自动控制式潜水泵抽排井内地下水；施工期间须对集降水井加以维护及保护。有关要求：①砂垫层底面需形成一定坡度以利汇集水流至集水井，集水井须与砂垫层盲沟连通良好，平面位置误差≤5cm；②水井的孔口须超出孔口位置最高填土面的高度40～60cm之间，周边用碎石等滤水材料围裹；③平面位置误差≤5cm；④井底标高误差≤20cm；⑤整个施工及交工前期间及时抽水，集降水井水深不宜超过lOOcm；记录抽水时间和井水变化。

2.竖向排水体系

插设塑料排水板，排水板间距1- 2m，正方形布置，插设至软土下卧层不少于0.5m，平均约12.0m；塑料板上端高出砂垫层20cm（在填土前，高出部分需沿水平向摆放埋入砂垫层中）。

塑料排水板应有足够的抗拉强度，沟槽表面平滑，尺寸准确，能保持一定的过水面积，抗老化能力在2年以上，并且耐酸碱性抗腐蚀性。塑料排水板质量、品格要求应依据有关规范标准，依据插板深度不同选用，其性能应不低于表二中所列。

插板施工技术有以下几项要求。

（l）排水板插设布点须按行、按排编号进行插入记录；布点偏差小于50mm。

（2）插板垂直偏差不超过插板长度的1.5%。

（3）入孔插板必须完整无损。

（4）插板不能有回带现象，若有回带，则在附近150mm内补插。

（5）插板施工时，插板机应配有长度记录装置，记录每根插板的长度、孔深等。

3.土层填筑与卸载

（l）采用砾质黏性土或土夹石（山皮土）或吹砂或其他满足路基填筑要求的填料，填土底面要向集降水井与邻近排水沟形成一定的倾斜的坡度（1%～3%）。

（2）预压土设计：预压土边坡为1：2，预压土可采用土、砂等材料，可不作碾压，但必须有必要的防护措施，避免水土流失。

（3）路基填筑时应根据填土土料及地层等情况分多级填筑（2～3级），并控制填筑速率，竖向沉降增长率<15mm/d，稳定标准为连续l0d沉降量小于0.5mm/d；满载后恒载天数不少于80d。

（4）卸载：根据检测与监测资料分析地基处理效果，作为卸载依据。卸载时超载的预压土可作填筑材料填人相邻地段，就地平衡。

（5）道路区处理区交工面以下土层压实度不小于90%。

（三）总结施工流程

四、结束语

该城市主干道验收并通车已一年多，情况良好。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范DBJ15-31-03

[2]公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63-07

作者简介：

李辉军，男，1979年生，广东省廉江市建筑工程总公司市政路桥施工工程师，研究方向为市政路桥施工及管理。