谢佳炳
广州珠江工程建设监理有限公司510095
摘要:本文主要阐述了以监理的角度对排水固结方法和“薄层轮加法”路基填筑的软土路基施工应用进行研究，通过对“薄层轮加法”施工过程中地基变形的观测和严密监控,做到合理、高效、科学地施工,确保了软土路基填筑施工质量、工期、安全。
关键词:软土路基 排水固结 薄层轮加法 位移 监控
1、项目概要
1.1基于研究建设项目背景
该项目场区位于珠江三角洲断陷区，它具有以沉降为主、周边山地抬升的差异性地壳活动特点。珠江三角洲为湾头式复合三角洲，没有一般三角洲结构中所发育的底积层和沉积层，或者说是这两层不甚发育。所跨越河涌属珠江支流水系，根据区域水文地质资料，河涌属于感潮河道流，潮汐类型为不规则半日潮。场地地表地形总体较为平坦、开阔，场地上部分布有较厚的软土层，具有触变性和流变性，含水量高，孔隙比大，压缩性高，渗透性低，灵敏度高，自然固结程度低，固结变形持续时间长，承载能力低的工程性质。在地面荷载作用下或降低地下水位，软土将产生固结沉降，可造成路基工后沉降过大，并对桩基产生负摩阻力作用。
传统的塑料排水板+堆载预压施工的软基处理方法，存在路基填筑周期过长易发生边坡坍塌，填筑速度过快产生路基失稳滑动。监理在施工过程中如何解决以上问题，是这次课题研究的主要目的。
1.2项目立项研究目的和意义
1.2.1研究填筑形式，通过计算来严格控制填土速率和停歇时间，实现软土路堤加载厚度和加载速度的最优化，减少工后沉降，缩短施工工期，以保证施工的安全稳定。
1.2.2采用薄层轮加法进行路基填筑由于填筑速度较快，地基强度的储备较少，加之有的路段填土高，路基失稳滑动的威胁较大，因此路基稳定变形的控制十分重要。合理确定路基稳定的地表沉降控制指标，关系到是否成功地解决软基的变形。
2、排水固结方法选定及作业准备
该项目地区上覆地层多为第四系人工填土层（Q4ml）、全新统海陆交互相沉积层（Q4mc）、上更新统河流相冲积层（Q3al）及残积层（Qel），软弱土层分布广，厚度较大，而研究塑料排水板+薄层轮加填筑施工方法处理软土地基，通过对每层填筑的时间控制，使每层填土厚度与地基因固结而增长的强度匹配起来，就可以连续逐层把路基填至标高而不需通常采用的加载较大而停载较长的方法，质量可靠，经济性好。施工前按路基设计要求与地形地质条件,确定堆载分区、排水板分布的平面布置,并进行放线定位,沿软土地基加固区域周边设置临时排水沟。通过在排水板中安装可测深度的金属线，控制中粗砂的施工质量，优化排水板头埋设长度和位置，合理布置土工格栅，薄层轮加填筑路基，合理设置临时边坡防护、加强沉降观测等多方位研究控制施工质量，形成质量成果，为以后采用塑料排水板+薄层轮加填筑进行软基处理提供质量控制的供参考和借鉴。组织材料进场,对塑料排水板、土工布等进行抽样送检,在检测单位进行加固前的原位十字板强度测试和室内土工试验。
3、排水固结施工方法
3.1塑料排水板堆载预压法施工工艺流程:3.2平整场地
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清除场地内水塘、鱼塘和水沟等地表淤泥,并回填砂填平,随即推平场地,回填一层细砂。对于一般路段，清表30cm原土后回填30cm路基填砂，测量放样，铺设30cm中粗砂垫层，测量放样，打设塑料排水板，再铺设30cm砂垫层，土工格栅施工；过鱼塘路段围堰、抽水、清淤、回填砂施工、测量放样、砂垫层施工（80cm）、测量放样、排水板施工、砂垫层施工（20cm）、土工格栅施工。
清表后进行场地回填，回填砂方上报监理工程师复核以及业主认可后填至设计要求标高，采用挖掘机与推土机配合整平，并做散水坡度防止地面积水，每个处理分区中间略高，四周稍低。
3.3铺砂垫层
一般路段，场地清表后回填30cm路基填砂至原地面标高，铺设30cm 的中粗砂垫层（河砂），测量放样，排水板施工，再铺设30cm中粗砂垫层；鱼塘路段围堰、抽水、清淤、回填中粗砂垫层至原标高、铺设80cm的中粗砂垫层（河沙）,测量放样，排水板施工、再铺设20cm中粗砂垫层。砂垫层采用中粗砂，细度模数不小于2.7，含泥量小于5%，渗透系数不小于5×10-3cm/S。砂垫层宽出两侧坡脚各1m，施工时将砂用自卸汽车运至现场临时堆放，再用推土机分层摊铺到路基范围内,砂垫层分两次施工，先铺一半厚度的砂垫层，施工塑料排水板后，再铺设剩余厚度的砂垫层，施工时在砂垫层坡脚处设置Φ100mm透水软管@5m，长1m。
3.4塑料排水板施工
竖向排水通道采用塑料排水板B型板，料芯板舌型撕裂强度不小于20N，纵向通水量不小于300mm-3/s，设置可测深度装置，当软土埋深不超过25m 时,排水板要求穿透软土层进入第一层砂层或粘土层中不小于100cm；当软土埋深超过25m时,最大打设深度按25m 控制；排水板打致两侧坡脚外各1m。塑料排水板采用沟槽型,截面尺寸100mm×4.5mm,间距1.0m,按正三角形布置。
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①定位：插带机就位，调正导架垂直度，空心套管中穿入塑料排水板，对中板位。
②穿靴：将塑料排水板端部穿过预制靴头固定架，对折带子长约10cm，固定联结。一般预制靴头可采用铁质或混凝土靴头。将靴头套在空心套管端部，固定塑料排水板，并使其在下沉过程中能阻止泥沙进入套管。
③沉入：松卷扬机，将套管和排水板激振入地下至设计深度后关机。
④套管拔起：启动卷扬机，拔出套管，当下口露出地面，即可移位。同时将带子剪断，塑料排水板顶部应深入砂垫层50cm，使其于砂垫层贯通，保证排水畅通。施工现场堆放的塑料排水板盘带应加以适当覆盖，以防暴露在空气中老化。插入过程中导轨应垂直，钢套管不得弯曲，透水滤管不应被撕破和污染；排水板底部应有可靠的锚固措施，以免拔出套管时将芯板拔出。塑料排水板搭接应采用滤套内平接的方法，芯板对扣，凸凹对齐，搭接长度不小于20cm；滤套包裹，用可靠措施固定。在施工中严防泥土等杂物进入套管，一旦发现须及时清除。塑料排水板在打设中孔位偏差控制在5cm 以内，孔位必须保持垂直状态，垂直度允许偏差在1.5%以内；打设深度必须穿透淤泥层并进入下层深度不小于1m。
3.5分区分级进行堆载预压
堆载应按分区分级逐渐施加预压荷载,路基填筑按照每300mm为一层进行填筑。填筑不能过急或过缓,填筑过程必须严密监控,逐层轮流加载填筑;当采用吹填砂时,在最后一层应在砂表面填筑500mm厚非渗水性土封闭砂层至设计标高。
4、路基填筑中薄层轮加法
薄层轮加法是充分利用每次填土后地基强度的增长，根据沉降、位移观测得到的数据，通过计算来确定填土速率和间歇时间。在软土路基填筑施工中，通过对每层填筑的时间控制，使每层填土厚度与地基因固结而增长的强度匹配起来，就可以连续逐层把路基填至标高而不需通常采用的加载较大而停载较长的方法，对于大型工程，可以分为多个工作面，使某一工作面停载进行检测及等待强度，其他工作而可以连续填土，以保证合理安排施工为确保施工过程中路基的稳定性,填筑时每0.3m为一层,逐层施工,称为“薄层轮加法”。施工过程中必须严格监控,严密观测坡脚侧向位移和路基沉降,根据沉降和位移值控制填筑速率。
4.1严密科学的动态观测
采用地表沉降观测和侧向位移观测,通过观测结果控制填筑。
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图4.1 观测点布置
(1)对地表沉降观测。本项目原设计规定路基中心的表面沉降速率控制在15mm/d以内，在珠江出海口前沿地区，略一加载速率即超过此界限，每级加载的时间及静载期要10天，坚持这个标准固然保证了稳定性，但必然导致加载时间过长，在规定时间内无法进行超载预压，最后将导致工后沉降过大。
加载期间地基的沉降主要是地基的固结和侧向变形引起的,前者随时间发展,后者在加载后立即发生。在快速加载过程中,由于软粘土地基渗透很小,固结沉降一般很小,而侧向变形引起的沉降是主要的。在加载过程中,如果沉降速率突然增大,说明地基可能产生较大的塑性变形,连续出现较大的沉降速率可能导致地基的整体破坏,因此应根据沉降速率来控制加载速率。
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图4.2 沉降观测曲线图
(2)控制填筑速率的指标。
路基加载时，路基中心的表面沉降速率宜控制在15mm/d以内，坡脚处的侧向位移宜控制在5mm/d以内，保证不少于6个月的预压期。如果路基加载过快，易引起路基边坡失稳。当观测沉降速率满足连续5昼夜实测沉降速率≤0.5mm/d或固结度≥92%或沉降量≥理论计算沉降量时则可卸载。
4.2路基坡脚侧向位移观测
侧向位移速率量测值的大小是判断路基是否稳定的控制指标之一,通过侧向位移观测结果分析,可以看出:侧向位移与荷载大小呈正相关性,荷载量增大,位移总量增大。侧向位移与填土速率呈正相关性,填土速率越高,侧向位移越明显。侧向位移与地表沉降有一定的关系,沉降越大,侧向位移越大。
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图4.3 水平位移曲线图
4.3沉降与稳定观测周期
由于观测对象及其各种条件不同，关于观测周期的确定，目前还不能得出确切的计算公式，一般根据现有的规范和经验而定。对于道路施工阶段的沉降观测，通常按加载阶段和变形是否稳定确定观测周期。公路施工一般分为填筑期、预压期和路面施工期三个阶段。对软土地基段、采空区和岩溶区：第一阶段，荷载逐渐加大，沉降速度较快，正常情况下7天左右观测一次；第二阶段，预压初期每半月观测一次，以后可每月观测1~2次；第三阶段，路面每填筑一层观测一次，或每月观测一次。对其它普通高填路段可每月观测1~2次，但在超高填路提的填筑后期应适当加大观测频率，每半月观测一次。
5、提交成果
5.1提交的成果报告
通过观测资料的及时整理分析，在全线沉降观测过程中将提交下述成果报告：
5.1.1现场观测简报（按月提交）；
5.1.2沉降和稳定发生异常专题报告（及时提交）；
5.1.3路基沉降与稳定观测总报告（路基卸载前提交）。
5.2成果报告的应用
为保证路堤沉降与稳定观测的成果能确实及时地指导路堤的填筑施工，真正实现信息化施工的目标。建议项目施工管理的有关部门在制定施工控制程序时，应考虑将沉降与稳定观测的成果作为监理工程师签发施工指令的前提，也就是说对于存在软土地基、路提高度大于5m或沉降变形速率偏大的路段，各个阶段的施工时间安排应征求观测单位的意见。
6、实践总结
薄层轮加法是一种极其常见的软土路基施工方法，通过对该工程路基排水固结方法的应用,以及采用薄层轮加法进行路基填筑施工过程中的动态观测结果可知以下几点。
(1)软土路基地段采用薄层轮加法进行路基填筑,是一种科学、快速、安全的施工方法,既满足了设计的基本要求,又可以快速填至设计标高,为超载预压争取了时间,加大了预压当量,增加了施工期内沉降量,减少了工后沉降量，取得了较好的经济效果。
(2)在软土路基施工中,为确保路基安全,必须对路基变形进行动态观测并对观测结果进行分析,确定合理指标,进行科学施工。
(3)软土路基地段沉降观测和预测分析,虽然建立在大量细致工作的基础上,但由于观测中人为因素的误差及理论分析和计算过程中本身存在的缺陷,会使计算结果与实际结果之间产生差异。但是通过引入实测数据及分析得到的数据与实际情况不会出现质的差别,仍对施工组织决策有较大参考价值。
路基填筑薄层轮加法施工技术在我国软土路基工程项目中得到很好的应用,能够有效地克服软土路基填筑难的问题,既有效防治了路基填筑周期过长发生边坡坍塌,又避免了因填筑速度过快,引起地基强度的储备较少,路基失稳滑动的威胁；通过对路基沉降及水平位移观测等多方位研究控制施工质量，形成质量成果，为以后采用塑料排水板+薄层轮加填筑进行软基处理提供质量控制依据。
参考文献
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[2]中国建筑工业出版社.城市道路路基工程施工及验收规范.CJJ44-91.
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[4] 温卓荣，浅淡薄层轮加法在软土路基施工中的应用，科技创新导报，2009 NO.12