塑料排水板堆载预压法在宁德王坑路的应用

■郑剑锋

（重庆市市政设计研究院有限公司福建分公司， 厦门 361000）

1 工程概况

1.1 工程背景

宁德市王坑路道路工程位于宁德市漳湾南片区，宁德市动车站东侧，沈海高速复线西侧，连接招贤路与天山路中间地块的重要通道。 路线起点始于天山路，中间交叉规划路、拱屿路后，由西向东延伸，下穿沈海高速复线、交叉连城路，终点止于招贤路。 道路总长约2.2 km，道路宽度24/30 m，设计速度30 km/h，城市支路标准。

1.2 工程地质条件

根据勘察资料，场地类型属第四系滨海沉积地貌单元，自上而下分为3 个主层：（1）淤泥：深灰色，流塑，饱和，揭示层厚19.20～26.70 m。 （2）粉质粘土：浅灰色，可塑，饱和，揭示层厚3.20～13.50 m。（3）残积粘性土：黄褐色，硬塑，饱和，层厚大于5.40 m。场地高低起伏较小，整体平缓，空间开阔。上部淤泥层分布不均匀，高含水率，高压缩性，低承载力、其工程性能差，路堤筑填后在其荷载作用会产生不均匀沉降及失稳等问题，软基需进行处理。

2 软基加固方案

2.1 总体方案

排水固结法指利用地基排水固结性能，对增设竖向排水体的地基施加预压荷载，使土体固结沉降加速发展，从而提高地基承载力和稳定性的一种加固方法。

在宁德市王坑路道路工程中，考虑地上、地下构筑物、施工难度、经济成本、工期条件及相交道路软基加固方案的衔接性等因素，一般软土路段拟定塑料排水板-堆载预压（预压期9 个月），板顶铺设砂垫层及土工格栅。 为确保软基施工稳定，坡脚两侧各设置宽度10 m 反压护道， 反压护道填土高度按设计边坡填土高度的一半控制。 特殊路基处理设计见图1。

图1 特殊路基处理设计

2.2 塑料排水板参数

详勘揭示淤泥层厚19.20～26.70 m （大于25 m），采用SPB100-C 型塑料排水板， 断面尺寸 （100×4.5）mm，塑料排水板外观质量要求和规格及技术要求见表1、2。

表2 塑料排水板规格及技术要求

排水板间距依据软土固结特性、预压期固结度指标确定，且考虑紧凑有效，采用正三角形排列（D=1.2 m）。排水板深度应打穿淤泥层，进入控制下卧层不小于0.5 m，且板头漏出砂垫层20～30 cm。

2.3 堆载预压

本研究计算路段中心填高4.142 m （取最不利断面）。 分五级堆载，第1 级堆载厚度1.0 m，第2 级堆载厚度1.0 m，第3 级堆载厚度1.0 m，第4 级堆载厚度0.522 m，第5 级堆载厚度0.62 m，堆载预压法加载曲线见图2。

图2 堆载预压法加载曲线

堆载预压力应与设计荷载匹配，每级堆载下地基稳定安全验算，推荐有效固结应力法，依据规范[2]可按下式计算：

式中：cqi—地基填料粘聚力；φqi—地基填料内摩擦角；φcqi—地基土内摩擦角；Ui—地基平均固结度；αi—土条底面与水平面交角；Li—土条底面弧长；WⅠi—土条地基部分重力；WⅡi—土条路堤部分重力。 安全系数计算图见图3。

图3 安全系数计算图

稳定计算目标： 自动搜索最危险滑裂面；条分法的土条宽度：1.000 m； 搜索时的圆心步长：1.000 m；搜索时的半径步长：0.500 m；各级堆载地基稳定安全系数见表3。

表3 地基稳定安全系数

从表3 可知，经稳定计算（直接快剪、考虑固结），最小稳定安全系数为1.25（稳定安全系数容许值1.2），满足规范要求。

堆载指标：最大下沉量≤10 mm/d；水平位移≤5 mm/d；孔隙水压力小于预压荷载应力50%～60%。

卸载标准：（1）总沉降量达预压荷载计算最终沉降量90%以上；（2）理论计算总固结度＞90%；（3）沉降速度＜0.5～1.0 mm/d。

3 理论计算

3.1 固结度计算

考虑变速加荷时地基排水固结（辐射向、垂直向），地基平均固结度推荐改进高木俊介法，依据规范[2]可按下式计算：

式中：Ut′—t 时刻修正后地基平均固结度；qi—第i 级荷载加载速度；Σ△pt—各级荷载累加值；ti-1、ti—每级荷载加载起终止时间（从0 起算）；α、β—参数，在竖向和径向排水固结（砂井贯穿土层）时。

式中：Cv—土体竖向固结系数；Cr—土体径向固结系数；de—单个排水竖井有效影响范围直径；H—土层竖向排水的距离；F—系数。

考虑塑料排水板井阻、涂抹作用影响时，F 用下式表示：

式中：kh、ks—天然土层、 涂抹区土径向渗透系数；s—涂抹比 （ds/dw）；L—塑料排水板深度；qw—纵向通水量。

根据以上方法计算不同时刻的平均固结度，求得 加 载60、120、180、240、276 d 的 固 结 度 分 别 为U60=19.5%、U120=41.9%、U180=64.9、U240=79.1%、U276=91.9%。

填土-时间-固结度曲线见图4。 从图4 可知：加载过程中固结度曲线呈台阶变化，满载后期曲线平滑、 变化速率渐缓，300 d 后固结度趋于稳定，按照工期要求，软土固结度＞90% ，满足规范要求。

图4 填土-时间-固结度曲线

3.2 沉降计算

最终沉降S∞包括主固结沉降Sc、次固结沉降Ss及瞬时沉降Sd（即S∞=Sd+Sc+Ss），由于计算参数（弹性模量、泊松比）较难确定，瞬时沉降Sd不单计。 结合国内外建筑物实测资料分析，实际工程中，常用修正分层总和法。

主固结沉降Sc推荐分层总和法，计算参数选用压缩试验e-p 曲线，依据规范[2]可按下式计算：

式中：n—压缩土层内分层数；e0i—各分层自重作用的稳定孔隙比；e1i—各分层自重和附加应力共同作用的稳定孔隙比；Δhi—各分层初始厚度（m）。

最终沉降S∞采用修正分层总和法，依据规范[2]可按下式计算：

式中：Sc-主固结沉降；ms-沉降修正系数（取1.2）。

根据以上方法计算不同时刻的沉降量，考虑沉降影响，路堤实际计算高度=5.685 m，最终地基总沉降=1.20×1.543=1.852 m。

填土-时间-沉降曲线见图5。 从图5 可知：沉降曲线呈台阶式，初始加载沉降大、速度快，预压期沉降变缓直至路面竣工，520 d 后沉降趋于稳定。基准期内残余沉降0.06 m（一般路段路基容许工后变形≤0.5 m），满足规范要求。

图5 填土-时间-沉降曲线

3.3 地基承载力验算

考虑土体天然固结状态，地基中某点的某一时刻抗剪强度τft，依据规范[1]可按下式计算：

式中：τf0—某点加荷前天然抗剪强度；△σz—给定点由外荷引起竖向应力增量；Ut—固结度 （%）；φcu—有效内摩擦角。

对于堤坝地基或条形基础，依据规范[1]按Fellenius（费莱纽斯）公式计算地基承载力：

式中：K—安全系数（取1.3）。

承载力验算参数如下：

式中：pc-附加应力（软弱层顶面处）；pcz-土体自重压力（软弱层顶面处）；vR-承载抗力系数（取1.0）；验算点至中线距离：0.000 m。

验算给定点下卧土层承载力见表4。

表4 下卧土层承载力

4 主要施工顺序

场地平整→铺设0.3 m 砂垫层（工作垫层和排水作用）→打设塑料排水板 （打穿淤泥层进入下卧层0.5 m，砂垫层以上预留外露长度≮0.2 m；再铺设上层0.5 m 砂垫层）→设置地面水平排水系统（盲沟间隔40 m，交汇处布置集水井，外侧设置排水沟，通过涵洞排入沟渠）→布置、埋设检测设施，铺设双向土工格栅→分层填筑至各道路满载预压顶面静态标高（砂垫层以上预压土碾压厚度0.4 m，碾压容重≮18 kN/m3）→集水井抽水（满载预压，沉降观测补方，保证堆载预压顶面静态标高）→沉降观测（根据实测推算工后沉降，验证预压效果，确定卸载时间）→检测验收（卸预压土至路床设计标高）→交由土建施工。

5 结论

本研究通过宁德市王坑路软基处理实例，阐述设计思路，计算分析软基处理全过程固结度、沉降及稳定性变化规律，目前项目已投产运营，达到预期效果。 研究表明，通过设计相应堆载量及预压计划， 塑料排水板-堆载预压法能有效控制地基不均匀沉降，具有一定的经济和社会双重效益，可为类似工程提供借鉴价值。