0 引言

　　传统地基处理方法主要包括挖土换填法、排水固结法、搅拌桩法及强夯法等，这些方法在处理深厚软黏土地基时均存在各自的缺陷^[1]。排水固结法可加快软黏土的排水固结速率，但需较长的施工周期与预压期，严重影响施工进度;水泥土搅拌桩法能有效减小地基工后沉降量，提高地基稳定性，但其工后沉降速率较慢，且深部施工质量不易保证，施工机械也易受到限制，不适用于深厚软黏土地基。塑料排水板联合水泥土搅拌桩(简称长板-短桩)复合地基作为一种新型地基处理技术，可充分发挥以上2种方法的长处，加速软土排水固结速率，减小地基沉降量，控制工后沉降^[2,3,4]。

　　针对长板-短桩复合地基的受力特点及变形特性，国内外学者均做了一定研究。叶观宝等^[5]在分析排水固结法和深层搅拌桩法原理的基础上，首次将短搅拌桩和长排水板联合使用来处理深厚软土地基，并取得了良好效果。司海燕等^[6]基于离心模型试验，探讨了长板-短桩复合地基的加固机理，试验结果表明长板-短桩工法可减小地基的不均匀沉降，同时能减小地基的工后沉降量。俞海强^[7]在进行长板-短桩工法的沉降计算时，采用分层总和法计算固结沉降量，采用弹性理论公式计算瞬时沉降量，同时忽略次固结沉降量，但计算较为简单，未考虑桩与土的相互作用。王宏贵^[8]依托甬台温客运专线工程项目，对长板-短桩复合地基的加固机理与工程应用进行了研究，结果表明，与桩底位于持力层的搅拌桩复合地基相比，长板-短桩复合地基沉降机理明显不同。

　　虽然长板-短桩复合地基在加固机理、沉降控制等方面取得了一定的研究成果，但其理论研究仍然落后于实践应用，其作用机理仍有待探究。同时，搅拌桩桩身参数是长板-短桩复合地基设计的关键，但目前没有明确的规范指导工程设计，其设计仍参考搅拌桩复合地基设计规范。因此，本文依托宁波穿山港软基处理工程，探讨长板-短桩复合地基桩土沉降、桩土应力比、超孔隙水压力等参数随附加荷载和时间变化的规律，并通过工后沉降观测分析其加固效果，为相关工程提供参考意见。

　　1 工程概况

　　1.1 项目简介

　　穿山港车站位于北仑区郭巨镇华峙村，在宁波港北仑港区四期集装箱码头作业区南侧。穿山港站(DK22+100—DK23+750)全长1 650m，车站中心里程DK23+190，总占地面积37.3万m²，站场软弱地基处理长度682.5m，最大宽度为306m，面积15.6万m²。车站建成后将与北仑港区四期、五期集装箱堆场融为一体，实现铁路与港口货物装卸“零对接”。车站设正线1条(第2道)、到发线3条(第1,3,4道)，远期预留线1条(第5道)，有效长度850m。集装箱场装卸作业区按2个线束布置，每线束设装卸线2条(其中1线束为远期预留)，有效长度850m，满足整列装卸，穿山港车站平面布置如图1所示。

　　1.2 工程地质条件

　　场区地形地貌为剥蚀丘陵区及冲滨海平原。丘陵区地势略有起伏，较开阔，地形平坦、开阔。地下水主要为第四孔隙潜水，水位埋深0.500～2.000m，其中，DK23+200—DK23+750段地下水环境作用等级:二氧化碳侵蚀为H1，氯盐环境为L2。地层剖面如图2所示。

　　

　　图1 穿山港站平面布置示意  

　　 

　　

　　图2 穿山港车站地质剖面  

　　 

　　通过在试验场区路段内进行详细的工程地质勘察，并配合原位测试及室内试验等手段，最终确定该试验段内地基土采用的物理力学参数指标如表1所示。

　　2 现场试验研究

　　2.1 长板-短桩复合地基处理方案

　　根据场地试验段内工程地质条件，其地基处理设计参数如下。

　　1)路基填筑高度为3.550m，堆载预压高度为5.050m，路基填筑施工时间为69d，堆载预压时间为260d，设计的工后沉降值为150mm。

　　2)塑料排水板设计分布于站场软基处理全部区域。间距1.4m，板长30m，正方形布置，嵌入(3)层粉质黏土。路堤填筑前，在天然地基表层铺设0.6m厚砂垫层，塑料排水板顶部插入砂层0.5m。

　　3)水泥土搅拌桩设计分布于DK23+087.5—DK23+155段J1,J2装卸作业区和线路下。桩径0.5m，桩间距1.4m，正方形布置，桩长12m，嵌入(2)层淤泥质黏土，嵌入深度为5m。搅拌桩水泥掺入量≥55kg/m，固化剂为P·O42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为0.45～0.55，桩体水泥土28d龄期无侧限抗压强度≥1.0MPa，单桩承载力为78k N，设计水泥搅拌桩复合地基承载力为130k Pa。

　　  

　　表1 地基土物理力学参数 

　　 

　　 

　　

　　表1 地基土物理力学参数

　　2.2 监测方案

　　2.2.1 现场监测

　　在路堤填筑施工前，试验段内分别设置分层沉降管(深层土体沉降)、沉降板(垂直位移)、孔压计(土、水压力测试)以及土压力计(桩、土应力测试)等测量元件，并进行初始读数测量。同时，在整个路堤填筑期与预压期，对整个试验段内的地基沉降、孔压、土压进行跟踪观测。

　　2.2.2 监测点布置方案

　　试验段共设置2个测试断面进行平行测试，断面位于车站正线上。监测断面测试元件的平面布置如图3所示。土压力盒共布置18个，桩上土压力盒编号分别为P1,P4,P7,P10,P13和P16，桩间土压力盒编号分别为P2,P3,P5,P6,P8,P9,P11,P12,P14,P15,P17和P18;孔隙水压力计共布置6组(每组10个)，编号分别为W1,W2,W3,W4,W5和W6;沉降板布置6个，桩上沉降板编号分别为S2,S3和S6，桩间沉降板编号分别为S1,S4和S5;分层沉降管共布置6组，编号分别为SL1,SL2,SL3,SL4,SL5和SL6;测斜管布置2根，编号分别为T1,T2。

　　

　　图3 监测点平面布置  

　　 

　　3 现场监测结果分析

　　3.1 沉降监测结果分析

　　3.1.1 地基表面沉降随时间变化规律

　　沉降板测得的试验段总沉降随时间变化如图4所示。由图4可知，沉降量在加载阶段增加最为显著;恒载阶段，沉降量仍有增加，但速率变缓。这主要是因为在加载阶段，地基土沉降包括了荷载增加时的瞬时沉降和饱和黏土由于超孔隙水压的消散而产生的固结沉降;在恒载阶段，由于超孔隙水压的进一步消散，沉降量仍有增加，但增长缓慢。整个监测期间，沉降板测得复合地基最大沉降量为631.9mm。同时，左侧路肩的沉降量总体上大于右侧路肩沉降量，这是由于右侧路肩临近集装箱装卸线，在施工前已对集装箱装卸线进行了地基处理。

　　

　　图4 地基表面沉降曲线  

　　 

　　3.1.2 土体不同深度沉降随时间变化规律

　　根据SL4所测结果，得到土体不同深度沉降如图5所示。由图5可知，各监测点的沉降发展规律基本相同，在加载阶段沉降速率大于恒载阶段;同时，地基土沉降由地表向下呈逐渐减小的趋势，15～27m深度内的地基土也有较大沉降，表明长板-短桩复合地基对于深层地基土也有较好的处理效果。

　　

　　图5 不同深度处地基土沉降发展规律 

　　 

　　3.1.3 沉降沿深度方向分布规律

　　监测断面2—2中，地基土沉降沿深度方向的分布规律如图6所示，地基土沉降随深度的增加而减小。在0～12m桩长，沉降量变化显著;在12m深度以下，地基土也产生了较大沉降量，这是因为排水板的存在加速了深层地基土的排水固结;同时，搅拌桩将桩体所承受的荷载向深层地基土传递，从而加大了深层地基土的附加应力，增大了深层地基土的沉降。

　　3.1.4 地基表面沉降沿横断面的分布规律

　　将沉降板和分层沉降管在地表处测得的沉降量绘制于同一剖面，得到地表处沉降沿横断面的分布规律(见图7)。由图7可知，在路基荷载作用下，地表差异沉降较小，路基中心与路肩的沉降基本一致，坡脚处由于堆载较小，其沉降也较小，表明长板-短桩复合地基具有较好的桩土协同承载力，桩土沉降较为均匀。

　　

　　图6 地基土沉降沿深度发展规律  

　　 

　　

　　图7 地基表面沉降沿横断面发展规律  

　　 

　　3.2 水平位移测试结果分析

　　长板-短桩复合地基水平位移沿深度的分布规律如图8所示。由图8可知，在0～12m，水平位移曲线斜率较平缓，说明长板-短桩技术对浅层土体侧移控制较好，最大水平位移为101mm;在20～28m，水平位移明显较小，这主要是因为深层土体受到较大的侧向压力约束，其水平位移受到限制。

　　

　　图8 水平位移分布规律  

　　 

　　3.3 桩顶刺入量变化规律

　　在长板-短桩复合地基桩顶及桩顶平面内的地基土表面布置沉降板，两者所测沉降的差值即为桩顶刺入上部砂垫层的刺入量。S3和S6处桩顶刺入量随堆载的变化如图9所示。在加载初期，由于桩土相对位移较小，地基土几乎承受全部荷载;加载中后期，在荷载作用下地基土孔隙水排出，从而产生较大沉降，而水泥土搅拌桩压缩量较小，地基土沉降量大于桩顶沉降量，桩体发生向上的刺入作用，桩周产生负摩阻力。随着桩顶刺入量的增大，地基土承受的荷载逐渐过渡至桩体，此时地基土仍然承受大部分荷载，桩顶刺入量最大值为63mm;恒载阶段，桩顶刺入量总体上呈现出不断减小趋势，说明搅拌桩在荷载作用下沉降快速发展，但桩顶刺入量波动较大，桩顶刺入量不断变化的过程说明复合地基中桩-土-垫层是一个复杂的相互作用的体系。

　　

　　图9 桩顶刺入量变化  

　　 

　　3.4 桩土应力测试结果分析

　　长板-短桩复合地基桩土应力比随时间的变化规律如图10所示，加载阶段，桩土应力比逐渐增大至最大值4.6，说明该阶段桩顶压力增长较快，荷载逐渐从桩周土向桩体转移。路堤施工完成后，桩土应力比逐渐减小至1.4～1.7，这一方面是因为桩顶压力过大，桩侧摩阻力的发挥达到极限，荷载传递到桩端，导致桩端应力增大，进而发生桩端刺入变形;另一方面，由于桩间土中塑料排水板的存在，孔隙水随排水板排出，桩间土强度明显提高，从而导致荷载从桩体向桩间土的转移。

　　3.5 孔隙水压力测试结果分析

　　3.5.1 超孔隙水压随时间的发展规律

　　孔压计埋设于路基中心、左侧路肩及右侧路肩处，埋设位置如图3所示，共3组，3组孔压分布规律基本相同，本文仅给出路基中心处W5的超孔隙水压分布规律(见图11)。加载阶段，荷载的不断增加导致超孔隙水压不断增大;恒载阶段，随着孔隙水的排出，超孔隙水压逐渐消散。

　　

　　图1 0 桩土应力比测试结果 

　　 

　　

　　图1 1 W5超孔隙水压变化曲线  

　　 

　　3.5.2 超孔隙水压沿深度分布规律

　　长板-短桩复合地基超孔隙水压随深度分布规律如图12所示。在0～12m深度，超孔隙水压随着深度增加而增大，在12m附近达到最大值;在12～30m深度，超孔隙水压随深度增加而不断减小，在30m附近达到最小值。超孔隙水压沿深度的分布规律可近似用两段折线来描述，其中水泥土搅拌桩桩端附近为转折点。

　　

　　图1 2 W5超孔隙水压沿深度分布规律  

　　 

　　4 结语

　　本文通过对长板-短桩复合地基现场监测结果的分析，得出以下结论。

　　1)在整个监测期间，浅层以及深层地基土在较短时间内均产生了较大沉降，表明长板-短桩处理深厚饱和软黏土地基可取得较好效果。沉降量在加载阶段增加最为显著;恒载阶段，沉降量仍有增加，但沉降速率变缓。监测期间，测得的复合地基最大沉降量为631.9mm。

　　2)长板-短桩复合地基中的最大水平位移为101mm，说明长板-短桩对浅层土体侧移控制较好，同时，深层土体由于受到较大侧压力约束，其水平位移受到限制

　　3)在路基荷载作用下地表差异沉降较小，表明长板-短桩复合地基桩土沉降较均匀，具有较好的桩土协同承载能力。加载初期，桩间土几乎承受全部荷载;加载中后期，桩间土沉降大于桩顶沉降，桩体发生向上刺入，桩周产生负摩阻力，随着桩顶刺入量的增大，桩间土承受的荷载逐渐过渡至桩体;恒载阶段，搅拌桩沉降发展变缓，桩端刺入量增大，桩顶刺入量减小。

　　4)加载阶段，桩土应力比最大值为4.6，说明该阶段桩顶压力增长较快;恒载阶段，长板-短桩复合地基桩土应力比最终趋于1.4～1.7，表明长板-短桩复合地基中短桩与桩间土共同发挥了承载作用，并且桩顶变形与桩间土变形相对较小，其沉降更为均匀。