浅谈排水固结法在公路工程软基处理中的应用

　　摘要：排水固结法是大面积软土地基加固的最经济有效的处理方法之一。本文从设计和施工角度介绍了公路工程软基处理中常用的堆载预压法和真空预压法。
　　关键词：排水固结法；堆载预压法；真空预压法；塑料排水板
　　
　　1概述
　　公路工程中常常会遇到软弱粘性土。这种土的特点是含水量大、压缩性高、抗剪强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。由于其固结速度慢，常常会产生不均匀沉降，严重时会影响路面的平整度甚至引起路面整体破坏，所以这类软土地通常需要采取加固处理。从土的三相组成（由固体矿物、水和气体三部分组成）分析来看，提高土中矿物（骨架）的密实度也就是说尽量将三相体中的水分及气体排除是增加其强度提高其承载力的一种有效的途径；另外一种途径就是调整其骨架组成将土体所受的荷载部分或全部转移到新的受力骨架上从而达到增加其强度提高其承载力的目的。排水固结法是上述第一种途径的具体体现，也是加固软土地基的最经济有效的处理方法之一。
　　排水固结法根据排水的措施不同可分为堆载预压法、真空预压法、降水预压法和电渗法。目前公路地基处理中常用的是造价相对较低的堆载预压法和真空预压法。
　　2堆载预压
　　堆载预压法是对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力的方法。
　　公路工程中路堤自身即为预压荷载。根据道路施工工期及工程对沉降的要求，荷载可分为欠载、等载、及超载，实际工程中根据不同情况进行选用。需要注意的是一般路堤填料为土质或砂质，根据路基施加荷载的要求要考虑路面材料的密度与路基填料材料的不同。在采用等载及超载预压时要进行换算，另外还要将通车后的活载换算为等代土柱高度，进行加压。
　　软基土质较软、地基承载力很低，采用堆载预压时，为了避免地基因发生塑性变形而失稳，需要分级加载、控制加载速度以及每次加载载重，使其与地基的强度增长速度相适应。每级加载不应超过前级荷载作用下地基强度增加后的允许承载力。在计算强度增量时，要考虑加载预压过程中由于土体剪切蠕动引起的强度衰减。
　　3真空预压法
　　真空预压法是在地基表面铺设密封膜，通过特制的真空设备抽真空，使密封膜下砂垫层内和土体中垂直排水通道内形成负压，加速孔隙水排出，从而使土体固结、强度提高的软土地基加固法。
　　对于非常软的软粘土地基，采用堆载预压法很难施工，真空预压加固法是行之有效的地基处理方法。由于负压的作用，真空加压无须考虑地基失稳问题，可一次加压，因此真空加压工期较短。
　　真空预压的有效加固深度取决于竖向排水体的阻力和土体的渗透系数，对于一般的软土地基，可以认为其加固深度与纵向排水体的打设长度基本一致。
　　在加固区周围，土体中的水位可能会降低，对加固区和周围的土体产生一定的影响，应重视真空预压与边界的相互影响关系，边界的密封与否是真空预压成败的关键因素。真空加压不适合用于地层中有砂层地段，否则应采取措施防止漏气。
　　在真空预压加固过程中，加固区周围将产生向加固区内的水平变形，加固区边线以外约10m附近常发生裂缝。因此，在建筑物附近施工时应注意抽真空期间地基水平变形对附近建筑物所产生的影响。
　　5排水系统
　　排水固结法由加压系统和排水系统两部分组成。以上介绍堆载预压法与真空预压法的主要区别在于加压系统的不同，而排水系统也是排水固结法中很重要的因素，为了达到最佳排水效果加压系统和排水系统需要互相配合。
　　排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排除途径，缩短排水距离。排水系统是保证土颗粒间自由水能够顺利排走、地基迅速固结的必要条件。排水系统由水平排水层（一般为砂垫层）以及设置于其间的盲沟、竖向排水体组成。
　　对于含水平夹砂或粉砂层的饱和软土，其水平向透水性良好，可直接利用天然地基作为排水系统；对于较薄的不含透水层的软粘土可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层作为排水系统；当工程遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。实践证明，在饱和粘土厚度不超过5m或土层固结系数cv＞10-2cm2/s或饱和土层内为“千层糕”状土时,可考虑不设置竖向排水体,否则必须在软土中设置竖向排水体。
　　竖向排水体一般为袋装砂井、透水软管或塑料排水板，塑料排水板是目前工程上最为常用的竖向排水体。在设计及施工中应注意：
　　1）调查清楚地质情况，尽可能的与实际地质吻合；
　　2）塑料排水板一般应达到软土层的层底，若软土层较厚（如超过路基底宽的2倍），排水通道的打设深度不小于1/2路基底宽，同时排水板必须穿过土体稳定计算的弧形滑动面至少2m；
　　3）插打塑料排水板时必须使用套管，套管的驱动方式可以用振动也可以用静压，但在边坡上插板时为保持边坡的稳定，只允许采用静压的方式；
　　4）要保证插板的插达深度，控制排水板的回带量在20～50cm，当发现排水板的回带量超过50cm，应就近重新补插；
　　5）为保证插板质量，应要求在每台插板机上必须安装排水板打设自动检测记录仪，没有安装的严禁施工。
　　6施工监测
　　施工过程中软土路堤最重要的就是做好施工的现场观测，尤其是采用排水固结法处理软土地基时更要做好监测工作。现场观测的目的是掌握塑料软基沉降、侧向位移及孔隙水压力消散规律，控制填土速率，保证路堤稳定以及为预测工后沉降提供与实际最接近的数据。同时也可检验采用的设计参数和设计方法是否合理。
　　在软土地基上施工最重要的首先要确定软土地基填土的临界高度，这样在临界高度以下填土可以不考虑填土速率，路堤是不会出现失稳现象的，同时尽可能提高填筑速率，为后期的预压争取时间。在极限填土高度以上的填土应按地基强度增长原理采用“薄层轮加法”施工，路基加载应严格在仪器监测下动态施工。
　　采用排水固结法施工时应严格进行观测，条件允许时尽量采用三种观测手段同时进行检测即中心沉降检测、边桩位移检测以及地基内部孔隙水压检测。同时采用三种方式检测时其要求的安全系数可适当放宽，采用要求的宽限值；采用两种方式时应采用要求的低值。一般情况下至少应采用两种方式进行观测，普遍使用的是对中心沉降量及边桩位移进行观测，中心沉降量及边桩位移必须满足现行的《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）中规定“1）填筑时间不小于地基抗剪强度增长需要的固结时间。2）路堤中心沉降量每昼夜不得大于10～15mm，边桩位移量每昼夜不得大于5mm”。另外《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）中规定“路面铺筑时间应在沉降稳定后进行，采用双标准控制：即要求推算的工后沉降量小于设计容许值，同时要求连续2个月观测的沉降量每月不超过5mm，方可卸载开挖路槽并开始路面铺筑”。
　　7结语
　　地基处理的问题是复杂的，而对软土地基进行处理就更复杂，目前人们对软土的应力应变的机理尚处在深入研究阶段，也就是说对软土地基进行处理的理论尚未完全成熟。因此在实际工程中设计、试验研究、施工三者应紧密结合，尤其要重视试验研究工作从而达到保质保量、经济合理的目的。
　　
　　参考文献：
　　[1]《高等级公路软土地基路堤设计与施工技术》人民交通出版社2001.10
　　[2]《工程实用地基处理手册》中国建材工业出版社2005.7
　　[3]《交通土建软土地基工程手册》人民交通出版社2001.4
　　[4]《塑料排水板排水法加固软基工程实例集》人民交通出版社2001.9
　　[5]《控制工后沉降处理深厚软土地基》人民交通出版社2006.10