软土地基采用水荷载进行堆载预压施工体会
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[摘要]由于西二环高速公路西环南段沿线均为软土地基，设计方不仅对软基进行了CFG桩+袋装砂井的处理设计，而且对上述地段采用了等载预压路基填筑方案进行预压，由于该地区筑路土料、砂料来源困难，通过对技术、经济和施工方案的综合比较,，采用水荷载进行堆载预压，创造了较好的经济效益和社会效益。
[主题词]水荷载； 预压； 沉降
[abstract] because of west road highway-along the southern are soft soil foundation, the designer of not only the soft foundation CFG pile + sand bags of well processing design, and the location of the under preloading subgrade filling preloading scheme, because the area road earth material, sand source material difficulties, the technical, economic and comprehensive comparison of the construction scheme,, water loads by preloading, create a good economic and social benefit.
[keyword] water load; Preloading; settlement
中图分类号：TU4文献标识码：A 文章编号：
1．概述
西二环高速公路是京珠、同三国道主干线的重要组成部分，路基宽为35.5m,为双向六车道,设计行车速度为100Km/h。本标段共设计路基总长：3.51km，填方高度为4.0m~7.0m不等,且均为软弱地基处理。其中K11+220~K13+290段在进行软基处理后采用了水荷载堆载预压方案。
1.1、地质概况
本项目地处三角洲平原区，地势平坦，鱼塘遍布，多为填方路基。根据地质勘察，软土是本路段的特殊性岩土，大部分具有三层软土，主要为深部淤泥、淤泥质亚粘土为主，软塑~流塑状，十字板强度为15.9Kpa，比贯入阻力为0.30MPa。厚度不一，由3.0m至22.0m不等，具体地层分布及淤泥物理力学性质指标如下。
深部淤泥的物理力学性质指标表
1.2、软土地基处理设计方案
1.2.1、根据以上软土特点，本次设计根据不同地段，不同填土高度采用不同措施，以确保路堤稳定，在工期紧的前提下，工后沉降满足设计要求，桥台小于10cm；涵洞小于20cm；路基小于30cm。
1.2.2、根据本项目软基特点：在稳定的前提下路基优先采用袋装砂井（砂井间距1.0～1.4m）。
1.2.3、对于稳定存在问题的高路堤路段采用袋装砂井+低标号素砼桩（低标号素砼桩间距1.3～1.5m）处理。
1.2.4、等载预压路基填筑高程＝路面设计高程+0.2m(路面换算成土方增加荷载)+20％的总沉降量，在整个预压过程中路基填筑高程不得低于路面设计高程+0.2m。
1.2.5、设计卸载标准：连续三个月沉降速率小于5mm/month。
2水荷载堆载施工工艺
2.1、加载土方填筑；先进行路基全断面填筑，至设计加载标高以下0.60~0.70cm位置，填筑加载土方时尽可能消除纵、横坡，同时必须保证路基压实度符合设计要求，并以此压实土方作为预计路基沉降高度。
2.3、堤坝放样：根据围坝要素统计表拟定堤坝放样宽度和高度进行放样。
围坝要素统计表
2.4、纵、横堤坝填筑：用汽车运土修筑两侧堤坝，堤坝外坡度为1：1.5，内坡度为1：1，顶宽1.0m，底宽为4.5m~5.5m。然后在埋设沉降板断面处和适当位置分段围坝，围坝坡度为1：1，顶宽1.0m,分段长度按照围坝要素统计表拟定，堤坝高度参考沉降分析数据和珠三角地区的资料分析，以设计的加载顶标高（原设计已考虑20%的安全系数）为基数，另加30cm的预留沉降量为准。堤坝填筑施工时按30cm一层进行压实,压实度要求大于90%。具有宽度条件时尽量采用20T压路机压实，否则采用人工配合挖机压实。堤坝内侧边坡应密实，不得有树根和石头等尖锐物，以防刺破土工膜。同时分段围坝进行水荷载预压有利于预压期间的维护及观测沉降。分段围坝后要保证坝内平整，堤坝稳固。
2.5、反滤层、排水管设置：在各段的围坝内设置渗沟，渗沟具置设置于土坝内侧2m处，沟宽20cm，沟深15cm。同时在堤坝的四角埋设φ5cm渗管，埋设长度以伸出堤坝外10cm为宜，该边坡处的排水可以设置急流槽，并用7.5号砂浆加固，抹面层厚3cm，或者直接采用PVC排水管排入路基边沟。渗沟及排水管安设完毕后在堤坝范围内均匀铺设10cm细砂作为反滤层。
2.6、PVC土工膜铺设；在各段的围坝内铺一层PVC土工膜（聚氯乙烯土工膜），在坝内两侧离坝底1米处各折叠0.5米，伸出坝外2米，以防预压沉降时拉裂PVC土工膜；再用聚丙烯土工布连接覆盖至砂垫层处，以防止雨水对坝顶及侧面路基的冲刷。
2.7、抽水至坝里进行水荷载预压。抽水分级进行，每次加水0.20cm~0.30cm高，建议不能超过0.55cm水高（相当0.3米高土重），经沉降观测符合设计要求后再进行加下一级水荷载，直至达到等载当量标高。在每个坝段内设4个溢水口，其溢水口标高等于预压顶标高，防止暴雨时加载失控，并保证堤坝安全，该边坡处的排水可以设置急流槽，并用7.5号砂浆加固，抹面层厚3cm。
2.8、卸载：采用抽水方式或自排水方式放水，以免污染周边池塘。
有关数据见图：水荷载预压平面图及水荷载预压横断面图。
3、安全、技术指标分析
3.1、预压效果：由于水荷载当量等于土荷载当量，预压效果是一致的，具体数据见观测成果表。
监控断面沉降观测成果表
3.2、PVC土工膜：此次采用的PVC土工膜抗拉强度大，抗拉强度（纵/横）大于15/13MPa，耐静水压大于150Kpa。在等超载预压改为水荷载预压路段水产生的压强为0.027 MPa 。PVC土工膜的安全系数为0.15 MPa/0.027 MPa=5.56。因此，使用这种PVC土工膜在水荷载下不会出现被撕裂的现象。
3.3、两侧的围坝：围坝外坡度为1：1.5~1：1，内坡度为1：1，高度为h=2.2m，土坝顶部宽度1米，底边边长为L1=1+2.2+2.2×1.5=6.5米。
3.4、堤坝稳定性验算
已知：γW=10KN/M3，γ土=18.5KN/m3，粘性土的凝聚力为C=12KPa，磨擦角为ф=20o，考虑最危险滑面。
滑动面对应水平长度：L2=1+2.2×1+(2.2+3.5) ×1.5=11.75m
滑动面与水平的夹角：α=arctan(3.5/11.75)=16.6o
滑动面的长度：L=L2/cosα=12.3m
滑动面以上土体的面积：A=0.5×2.2×(1+6.5)+0.5×3.5×(6.5+11.75)-11.75×3.5×0.5=19.6m²
滑动面以上土体的重量：G=A×γ=19.6×18.5=363.0KN/m
土自重引起的切向分力（下滑力）：
F1=G×sinα=363.0×sin16.6o=103.6KN/m
土自重引起的法向分力：
F2=G×cosα=363.0×cos16.6o=347.87KN/m
水压力：Fw=0.5×γ×hw×hw/sinβ
=0.5×9.8×1.9×1.9/sin45o=25KN/m
水压力在滑面上的切向分力：F3=Fw×cos(90-β-α)=22KN/m
水压力在滑面上的法向分力：F4=Fw×sin(90-β-α)=11.9KN/m
总下滑力：F=F1+F3=100.89+22=122.899KN/M
总抗滑力：P=（F2+F4）×tanΦ+CL
=(347.87+11.9)×tan20+12×12.3=278.54KN/m
所以，安全系数为：
Kt=P/F=278.54/122.899=2.3>1.3
故：满足规范要求，边坡稳定，不会发生崩溃的现象。
4、结束语
水荷载堆载预压方案不仅可以缓和用土紧张的局面，而且更适合雨季加载，加快了路基填筑施工进度。另一方面从预压的效果来说，完全符合薄层轮加法的施工原则，满足沉降要求，预压达到了预期的效果。第三，从经济方面比较，比采用砂土堆载预压节约50%造价。综上所述这一新的技术方案在珠三角地区值得推广应用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。