含粘土夹层的软土地基处理

摘要：本文以一沿海道路地基处理工程为例，对含粘土夹层的软土地基处理进行分析。该道路地基处理工程为软土地基，拟采用排水固结法对其进行处理，由于软土层中夹有一定厚度的粘土层，本文对地基处理能否只处理至粘土夹层顶标高处，从地基沉降、地基稳定及造价等方面进行计算比选，确定最优方案。

关键词：粘土夹层 残余沉降 地基稳定 工程造价

1、引言：

近年来，在沿海地区围海造陆加固软土地基工程较多，而原海平面以下地质较为复杂，多为淤泥等软土层，对该类软土地基多采用排水固结法进行加固处理。排水固结法主要是由两大系统组成，即加压系统和排水系统。本文中的工程案例是在软土层中夹有一定厚度的粘土硬层，穿透粘土夹层对地基进行深层处理具有一定的施工难度，因而，本文对能否只对浅层软土进行处理且满足使用要求进行计算分析。

2、工程及工程地质概况：

本工程为某城市一沿海二级公路，工程路面设计标高为+13.5m，地基设计标高为6.0m，地基标高以上回填路堤7.5m。

本工程泥面平均标高约5.0m，原海底面以下第一大层为新近吹填海港池内的挖泥土，主要为①浮泥，厚度约6m；第二大层为软土层，为近代第四纪海相沉积地层，分为②1淤泥、②2淤泥质粘土，平均厚度14.6m，层底平均标高-15.6m；第三大层为上更新统陆相冲洪积成因地层，主要为③粘土，平均厚度约3.8m，层底平均高程为-19.4m；第四大层为上更新统海相地层，主要为④淤泥质粘土，平均厚度约6.3m，层底平均高程为-25.7m；第五大层，为上更新统陆相冲洪积地层，主要为⑤粗砾砂及粘土；第六大层为下伏基岩，岩性为泥制粉砂岩，主要为强风化岩。

各软土层主要物理、力学性质指标见表。

3、地基处理方案分析：

3.1 地基处理设计标准

(1)、路堤高度7.5m，地基处理设计均载按140kPa计；

(2)、使用期地基残余沉降不大于40cm。

3.2 地基处理方案

根据本工程设计条件，地基处理方案推荐采用排水固结法――堆载预压方案。主要施工工艺和技术要求：待浮泥层表层具有一定强度后，利用船运并采用泵送吹填海砂工作垫层1.5m，回填中粗砂垫层排水垫层0.6m。打设塑料排水板，排水板采用正方形布置，间距0.8m，，然后进行堆载预压，预压荷载180kPa，堆载时间约240天。

3.3 不同深度排水板方案的提出

本工程位于软土地基上，影响地基使用功能主要有两方面因素，首先是地基的稳定，包括浅层承载力和深层滑动满足使用要求；其次是使用期残余沉降（工后沉降）满足使用要求。本工程地基处理方案为排水固结法，排水板打设深度（地基处理深度）对地基稳定和使用期残余沉降均有影响。

考虑本工程地质情况，在第二层②1淤泥、②2淤泥质土和第四层④淤泥质粘土之间夹着一层厚度约3.8m的粘土层，粘土层的平均标贯击数12击，若塑料排水板打设至④淤泥质粘土层底部，排水板的施工深度和施工过程的难度均较大；但是若对③粘土层和④淤泥质粘土层不进行处理，即塑料排水板打设至②1淤泥、②2淤泥质土层底部，对于地基的稳定和使用期残余沉降又难以保证，因此对两种方案进行计算比较分析。

4 不同排水板长度地基处理方案：

4.1地基处理方案

为便于比较，在预压荷载不变的情况下，对不同排水板深度方案进行分析，不同深度塑料排水板方案为：

（1）塑料排水板打设至为②1淤泥、②2淤泥质粘土层底（平均标高约-16m），长度约为24m，以下简称浅处理方案；

（2）塑料排水板打设至④淤泥质粘土层底（标高约-26m），长度约为34m，以下简称深处理方案。

4.2 沉降分析

（1）沉降计算公式

地基土的沉降计算采用分层综合法，最终沉降计算公式：

式中: Sc―固结沉降；

k1 ―沉降系数，详见《建筑地基基础设计规范》；

k2 ―考虑土的固结状态.次固结沉降和瞬时沉降等因素的沉降经验系数，本次取1.0。

当土层正常固结时, 固结沉降计算公式如下:

式中:―― 压缩指数；

――压缩层的初始高度；

――初始孔隙指数；

――附加应力；

――自重应力。

（2） 沉降计算结果

考虑地质情况，上部荷载影响等因素，沉降计算均计算至④淤泥质粘土层底面，计算结果见下表。

（4）结果分析

通过计算结果可知，深处理方案使用期残余沉降均可满足设计标准，浅处理方案在其使用期限（15年）内基本可以满足道路残余沉降要求，但深处理方案地基残余沉降在3年内即可完成，浅处理方案残余沉降处于一直增加状态。

4.3 使用期地基稳定分析

道路使用期的地基稳定计算采用交通部部审通过的《地基计算系统程序》（DJJS系统）进行计算，土体强度指标采用以地质资料提供的十字板剪指标为依据考虑地基处理后的强度增长的数值（计算时未考虑③粘土层和④淤泥质粘土的强度增长）。由于浮泥层位于地基处理深度范围内，对计算结论没有影响，未对浮泥层进行稳定计算。计算结果图示如下：

通过稳定计算结果可知，抗力分项系数最小值为1.305，其发生在第二大层上部的淤泥质粘土层，且第二大土层最小抗力分项系数自上而下逐渐增大，且第四大土层的最小抗力分项系数也均大于1.6。 根据规范中有关土坡和地基稳定的相关规定，采用十字板剪指标计算时边坡稳定抗力分项系数为1.1~1.3，由此可见经浅处理方案处理后的地基，在荷载作用下是稳定的；通过对比抗滑稳定抗力分项系数可知，地基在使用荷载作用下，即使未④淤泥质粘土进行加固处理，最不利滑动面发生在②1淤泥、②2淤泥质粘土层（未考虑浮泥层），可见浅处理处理方案和深处理方案均可满足地基稳定性要求。

4.4 造价估算

浅处理方案和深处理方案工程费区别主要在排水板本身费用和打设排水板费用上，每平方米排水板施工费用估算计算结果见下表。

4.5 方案比选

通过对使用期残余沉降、使用期地基稳定、工程造价估算三方面的比较，浅板方案和深板方案主要差别在使用期沉降和工程费用，方案比选汇总见下表。

5 主要结论

经处理板方案处理后的地基虽然残余沉降量较深板方案大，道路舒适性稍差，但是考虑到（1）深处理方案塑料排水板打设长度34m，国内可以满足要求的打设机械设备较少，且施工难度系数较大；（2）深处理方案排水板打设需穿透粘土层，排水板的打设难度较大，且施工质量难以控制；（3）深处理方案造价高。因此建议采用塑料排水板浅处理方案，即地基处理深度降低，对粘土层下的软土层不做处理。

注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看