某围垦区市政工程软基处理措施初探

刘 丽

（上海市政工程设计研究总院，上海200092）

0 引言

对于沿海城市，土地资源紧张和稀缺是制约经济社会发展的一个瓶颈，围海造地成为土地开发的主要途径。围海造地完成后，市政工程建设对路堤和管道的变形和稳定提出了较高的要求，必须对软土地基进行加固处理，以减少沉降，保证地基的稳定性。在此种情况下，软基处理方法的选择使用对工程质量、工期和经济效益均有重要的影响。

1 围垦区的情况

1.1 吹填前场地工程地质情况

围垦区所属地貌单元为滨海区河口相冲海积平原。场地原为围垦淤积形成，地形平坦，区内沟汊、养殖塘密布，场地平均标高约为2.0 m，软土厚约30～40 m，工程地质情况差（见表1所列）。

1.2 吹填及软基处理概况

该垦区采用近海的海底粘性土作为吹填料。此类吹填土含粘土颗粒较多，天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透系数小，一般呈流塑状态。

该区域吹填后标高为3.7 m，地块采用真空预压的地基预处理措施：塑料排水板呈正方形+正方形中心点共5点的布置形式，正方形边长0.8 m，4处正方形角点排水板板长7.5 m，1处中心点排水板板长3.2 m。

1.3 市政工程建设内容

该垦区占地面积较大，包含主干路、次干路、支路等多条道路，纵断面设计标高在4.4～7.3 m之间，按地面标高3.7 m考虑，路堤填土高度在0.7 m～3.6 m不等。

道路下均埋设给水、雨水、污水管道，其中，给水管道埋深较浅，雨水管道埋深在2.5 m～4.5 m之间，污水管道埋深在2.5 m～8.5 m之间。

污水管道开槽埋管采用HDPE管，顶管施工段采用离心浇铸玻璃钢夹砂管，接口采用玻璃钢“F”型接头。雨水管道，管径：＜DN1000，采用HDPE管；管径：≥DN1000，采用离心浇铸玻璃钢夹砂管。

2 市政工程软基处理方法的分析

2.1 软基处理的目的

作为市政工程，软基处理需要从以下两个方面来考虑：一、控制工后沉降；二、保证地基承载力。沉降控制标准见表2所列。

根据表2，一般路段工后沉降按0.25 m来控制。

2.2 软基处理的措施

（1）提高地基的承载力及抗剪切强度；

（2）降低地基的压缩性；

（3）改善地基的透水特性。

2.3 软基处理的方法筛选

对于该垦区，设计标高：≤5 m的低填方路段占全部道路长度的80%；设计标高：＞5 m的高填方路段占全部道路长度的20%。所以，80%低填方路段是否进行软基处理，如果处理采用何种处理方式，其对工期及投资的影响有多大。根据经验，20%高填方路段填高较高，是一定需要再次软基处理的，否则工后沉降过大，会在较短的时间内引起管道较大沉降，进而拉裂管道，造成“前期投入小，后期二次施工管道”的局面。

根据以上情况，对国内常规软基处理方法进行排查，从而筛选出适用于该工程的方法进行深化设计，然后展开实地试验，以确定最终的处理方法。初步筛选出以下方法。

2.3.1堆载预压法

堆载预压法是为了控制路面及管线的工后沉降量，而先期加速固结沉降，预先在路段范围内堆设一定的荷载，使软土地基沉降，同时提高地基强度的一种方式。该方式适用于低填方路段。

表1 工程地质情况汇总表

表2 沉降控制标准表(单位：m)

堆载预压法主要有欠载预压、等载预压、超载预压等3种方式。根据各种方式的特点及该工程填料紧缺的实际情况，推荐采用等载预压。

等载标高＝设计路面标高+路面结构按填料比重换算后所需的预抛高+预压期间的沉降量。（见图1）施工过程中，应按路基碾压要求分层压实；填筑至路面结构等载厚度范围时，压实度可按90%控制，待沉降稳定后，挖除路面结构等载厚度范围内的填料，方可反开槽实施管道，待管道埋设完成后铺筑路面结构。

2.3.2排水固结法

排水固结法是指软土地基在附加荷载作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基承载力提高，并使沉降提前完成，有效减少工后沉降。

排水固结法主要由排水系统和加压系统两部分组成。排水系统包含竖向排水体和水平排水体。竖向排水体多采用普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等；水平排水体多采用砂垫层及埋入其中的PVC管组成。加压系统包含堆载法、真空预压法、真空—堆载联合预压法、降低地下水位法、电渗法等，其中，堆载法易引起地基土的剪切破坏，相比堆载法，其余加压方法更为安全，但操作技术比较复杂。

该工程围垦后即采用真空预压处理吹填土，从处理情况可知，真空预压对于该类软土是有效的，但所需处理时间较长。

根据国内排水固结法使用情况可知，堆载法虽然造价低，但工期长；真空预压造价较高，但施工方法也较成熟，处理效果较好。真空预压如能和堆载法结合起来使用，有如下优点：（1）由抽真空产生的向内水平位移，可部分平衡堆载预压产生的侧向挤压变形，更有利于填筑过程中路基的稳定；（2）真空—堆载联合预压法的使用，加快了软基中排水固结的速度，能快速提高土体强度，加大施工期间沉降；（3）可有效缩短工期，满足建设进度的要求；（4）该方法不需要再超载预压，减少了对填料的需求。鉴于此，对于填方较高的路段，可采用真空—堆载联合预压法进行软基处理。

真空—堆载联合预压施工过程：原地面铺设20 cm砂砾垫层；打设塑料排水板；铺设20 cm砂砾垫层；铺设主管、滤管等排水管道；铺设10 cm中粗砂垫层；铺设一层无纺土工布；其上再铺设二层真空膜；进行真空预压；真空预压稳定10 d左右，再铺设一层土工布；铺设20 cm细砂或细粒土；填筑路堤填料，并在其中加设两层土工格栅。其横断面布置见图2所示。

真空—堆载联合预压施工指标：塑料排水板间距为0.8 m，与前期埋设的排水板交错布置；膜下真空度应不小于80 kPa,并保持4个月以上；中心点沉降速率连续10 d平均值小于2 mm/d，可试行卸除真空荷载，继续观测沉降，如达到沉降小于2 mm/10 d，方可停止真空预压，进行后道工序。

2.3.3复合地基法

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料。加固区是由天然地基土体和增强体两部分组成的人工地基。复合地基受力通过垫层（碎石或砂石垫层）来过渡。

复合地基法分为半刚性桩复合地基、刚性桩复合地基。

半刚性桩复合地基主要包含碎石桩、砂桩、石灰桩、水泥桩等，该工程软基深厚，此类桩相对于该工程软土深度而言，处理深度较浅，且由于围垦区前期处理塑料排水板太密，桩位易与排水板位置重叠，施工难度大。

刚性桩复合地基主要包含方桩、预应力管桩、薄壁管桩、现浇薄壁筒桩等，刚性桩可处理深度较深的地基。考虑该工程工期紧张，建议在桥头一定长度范围内设置刚性桩，将土体强度迅速提高，从而使桥台施工得以提早进行，为道路、桥梁全线同步完工提供时间。刚性桩中推荐采用一次成型、施工质量易保证、施工设备较小的PC桩，通过桩体的桩侧摩阻力和桩端承载力来实现桩土共同作用，设计时考虑桩顶设置桩帽，增大桩体置换率，减小桩顶的集中应力；桩顶铺设碎石垫层，垫层中加铺土工格栅等加筋材料，能有效地增大桩土应力比，提高地基承载力，减小土体的侧向变形和位移。

PC桩复合地基的桩位在平面呈矩形布置，由于桩侧摩阻系数较小，经计算，桩间距2.1 m，桩长约40 m，桩底进入④粘土层1.0 m左右。PC桩混凝土强度等级采用C80，直径为500 mm，壁厚100 mm，设计单桩承载力：≥1 000 kN。沉桩采用静压方式，施工单位根据设计桩长进行合理配桩，采用焊接法接桩，要求相邻桩接头位置错开1 m以上，并加强焊缝及桩的连续性检测。沉桩完成后，在桩顶地表开30 cm深的槽现浇混凝土桩帽，采用C25混凝土现浇，桩帽通过桩塞混凝土与管桩连接，桩身嵌入桩帽5 cm。

桥头采用PC桩复合地基处理的路段，施工前先对桥头灌注桩、管桩桩位按设计要求进行放样，靠近桥台处根据需要调整PC桩布设位置，PC桩与灌注桩中心间距应不小于2.5 m，调整间距但不减少桩的总数。施工PC桩时，自桥台内侧横向由外向老路基锥坡逐排跳桩向内施工。其横断面布置见图3所示。

2.3.4强夯法

强夯法是指利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性。

强夯法具有适应性广、施工工期短、加固效果好、造价低等优点，较多地用于大面积的地基处理。强夯法对于砂土、碎石土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等土性是适用的，对于高饱和度的粉土和粘性土也有成功经验。但对于该垦区所在城市，曾经进行过强夯试验段施工，由于土性缘故，没有成功，所以该垦区地基处理采用该种方案应慎重，并需先进行试验段，如有可能应进行专项研究，优化该工法。

针对以上选出的4种方法，下一步将安排试验段并进行动态设计，比选出最优的软基处理方法。