真空-堆载预压处理地基施工控制指标探讨论文_王育奎1,张延楠2

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摘要：在真空-堆载处理软土地基施工过程中，首先给路基施加真空荷载进行预压，保证软土路堤填筑堆载加载速率和路基稳定性，通过分析软土变形和固结理论，探讨了真空-堆载联合预压处理软土地基施工控制指标，可为以后类似工程施工提供借鉴。

关键词：真空-堆载联合预压；软土地基；施工控制指标

1前言

软土地基变形具有明显的阶段性，沈珠江将软土结构破坏和滑移分为三阶段。第一阶段，结构基本保持完好状态下的变形，但不能排除有少量的破损。可以认为，孔隙比基本保持不变，由于这一阶段固结系数很大，在现场不可能产生很大的侧向变形。第二阶段，结构大量破损阶段，这时除了颗粒间的滑移外，还伴随着结构的塌陷。在不排水的条件下，产生孔隙水压力急剧上升。由于原来由骨架承受的一部分应力转嫁到孔隙水上，孔隙压力系数，甚至可能大于1。由于，在荷载增加的同时有效应力不增加反而减少，这时候土体的变形主要是剪切变形，必然伴随大量的水平位移。第三阶段的性质已接近重塑土，颗粒间的滑移成为变形的主要原因。由于软土变形具有明显的阶段性，真空-堆载联合预压施工控制方法采用同一控制标准是不准确的，因此，研究其施工控制指标对施工具有重要的指导意义。

2 真空-堆载联合预压处理软土地基施工控制指标

2.1 考虑软土阶段性的施工控制指标

在进行软土路堤填筑施工时，应充分考虑软土变形和排水固结的阶段性特点，即在填土初期，可以采取较快的加荷速率填土至临界高度。在第一阶段的施工控制指标可以不受规范限制而放大许多。许多实际工程也表明，在极限高度以下，即使地基的沉降速率变得很大，地基也不会出现剪切破坏。如京珠高速公路广珠段软土路堤填筑时就有过沉降速率达43mm/d而路堤未曾破坏的情况。

在填土中期，即沉降观测曲线尚未发生陡降的阶段，由于一般不会发生路堤整体滑移，可以采用中等填筑速率进行路堤填土施工。此阶段的施工控制指标，不能定的太大，因为以太大的填筑速率会使侧移迅速增大，过早破坏土体的结构性，使路基变形过早进入第三阶段。同时，施工控制指标也不必过于保守，较慢的填筑速率会将填筑期拖的过长，无法达到节省人力物力和缩短工期的效果。

在第三阶段，即高填土阶段，此阶段软基侧向变形很大，排水固结速率很慢，必须严格控制加载速率。在第三阶段的路堤填筑，应该采用慢速加载，采用加载－停歇－加载的方式填筑到预定高度，通过监测判断地基变形趋于稳定之后方可考虑施加下一步荷载。这既能保证路堤的稳定，同时可以有效减小侧向挤出变形，减小由于路基附加沉降引起的填土土方量。

由上述分析可以看出，整个路堤填筑阶段，采用单一的施工控制标准是不合理的。施工控制标准的确定需要同软土地及变形阶段相适应，即在填土初期，采用较大的控制指标，在填土中期，采用中等大小的控制指标，须将侧移速率、沉降速率及孔压系数三项指标联合起来判断路基的稳定性；而在高填土阶段，必须以更严格的控制指标值对填土速率加以控制，同时要加大软基监测的频率，密切关注软基得变形和孔隙水压力消散情况。若观测得到的变形速率和孔压系数超过控制指标值，须立即停止加载，并以后续发展趋势评价路堤的稳定性以及判断有无必要进一步采取卸荷措施。确定了不同填筑阶段的施工控制指标后，利用动态观测法指导施工既可以保证路堤的稳定性，又可以尽可能合理的缩短填筑施工期，达到经济有效地目的。

2.2 考虑地质条件和土质参数的施工控制指标

现有单一施工控制指标的不合理处之一在于不考虑软土变形的阶段性，将不同填土阶段的施工控制指标确定为一个单一值。另外其不合理之处还在于未考虑不同地质条件和土质条件，对整个高速公路沿线施工填土速率控制标准确定为一个指标值。

一般来说，高速公路路线长，地形变化大，地质条件和土质参数也会差别很大。某些路段淤泥层浅，而有些路段属深厚软土。采用同样的加荷速率，软土厚度不同的路段其变形速率显然也不同。高速公路沿线土质参数变化也比较大，受应力历史的影响，地基土体压缩性渗透性较差，而有的路段其渗透性和压缩性则较强。这些因素都会使路基变形和孔压消散速率有较大的差别。不考虑地质条件和土质条件，对所有路段的填土施工采用单一的施工控制指标值，均有可能导致工程判断偏于保守或不安全。

由于沉降板埋设技术简单，且不需要复杂观测设备等原因，在实际工程中用的较为普遍的是以路堤中心的地表沉降速率来控制加载速率。下面，对沉降速率计算公式进行推导，并分析实测沉降速率的影响因素。

如果不考虑次固结沉降，最终沉降量可安照下式计算：

（1）

式中，－经验系数，可以从实测沉降资料反算算得。

从上式可以写出时间时的沉降

（2）

式中，、－时间时的荷载和固结度；

－总荷载。

从而导出沉降速率的计算公式：

（3）

式中，－加荷速率。

固结度计算采用逐级加荷条件下的高木俊介法，可得和计算公式：

在加荷阶段（）的固结度及导数的公式为：

（4）

在停载阶段（）

（5）

式中，为常数，。

由上面的公式可以看出，在下列条件下，地基将会产生较大的沉降速率：

① 当固结沉降（）较大时，即当土层较厚或较大时；

② 当加荷速率（）较大时；

③ 当土层的固结系数、较大时；

④ 当土体的瞬时沉降较大时，亦即沉降修正系数较大时；

⑤ 当加荷历时较长时。

在上述各影响因素中，除②外，①和③均会使沉降速率加大，但对地基的稳定性没有影响。为正确确定沉降速率控制标准，显然要将土层厚度、压缩性等因素考虑进去。对于软土层较厚（较大），土层压缩性及渗透性较强（、较大）地段，可采取较大的沉降控制标准。而对于软土层较薄（较小），土层压缩性及渗透性较差（、较小）地段，其沉降控制标准则应该更小更严格。

林本义认为以下三个指标与沉降变形有密切关系，并将之纳入沉降速率限值的确定之中：被加固的软土层厚度；反映软土层压缩性的土的指标；反映排水固结条件的指标。

对上述三种主要影响因素各选出了一个有代表性的指标作为沉降速率控制指标的计算因子，他们分别是被加固的软土层厚度，被加固软土的压缩系数和曾国熙提出得砂井地基固结度统一表达式中的。同时可将沉降速率限值表示为：

式中：－mm/d，－m，－1/d，－Mpa-1，－综合经验系数。

这一方法考虑了高速公路地质条件和土工参数复杂性。

地基处理规范中也对堆载预压工程做了明确规定，要求最大竖向变形每天不超过10～15mm，对竖井地基取高值，天然地基取低值；边桩位移每天不超过5mm。对与分级加载的工程（如油罐冲水预压），可将测点的观测资料整理成每级孔隙水压力增量累加值与相应荷载增量累加值关系曲线。对连续加载工程，可将测点孔压与观测时间相应的荷载整理成曲线。当以上曲线斜率出现陡增时，认为该点已发生剪切破坏。