公路建設(shè)不同階段軟土地基沉降比例研究

胡漢兵，胡勝剛

（長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室，武漢 430010）

公路建設(shè)不同階段軟土地基沉降比例研究

胡漢兵，胡勝剛

（長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室，武漢 430010）

以武漢繞城公路北湖農(nóng)場段軟土地基長期沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)為樣本，統(tǒng)計分析高速公路路堤施工期、路面施工期以及運行期不同階段的沉降比例?？偨Y(jié)超載預壓、路堤高度、路堤填筑時間等因素對3階段沉降比例的影響。研究結(jié)果表明：公路通車運行期的沉降占總沉降的比例相對均衡，有無施加超載、路堤高度的大小以及路堤填筑時間的長短等因素對公路運行期的沉降比例影響很小，這對于預測類似工程通車運行階段的沉降以及公路的運行維護有一定指導意義。

軟土地基；沉降；路堤；武漢繞城公路

軟土地基在公路路堤荷載的作用下將產(chǎn)生明顯的沉降，為總結(jié)堆載預壓處理軟土地基、路堤施工高度、路堤填筑時間等因素對公路建設(shè)不同階段（即路堤施工期、路面施工期以及運行期）軟土地基沉降比例的影響，本文以武漢繞城公路北湖農(nóng)場段軟土地基長期沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)為樣本，對其沉降特點進行了細致分析，以期獲得對軟土地基沉降特點的更深入認識。

武漢繞城公路北湖農(nóng)場段位于武漢市長江南岸武鋼北湖農(nóng)場，全長2.04 km。本路段自2003年6月開始進行地基處理和路基填筑施工，至2004年3月底路基填土基本完成，8月底開始鋪筑路面，至2004年12月下旬，工程全部完工［1］。

北湖農(nóng)場段路線所經(jīng)地段軟土地基廣泛分布，在施工過程中進行了嚴密監(jiān)測，隨時掌握地基應(yīng)力及變形發(fā)展情況；分析其安全狀態(tài)，調(diào)整施工速率，進行了信息化施工，同時取得了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。本文將以該軟土路段沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)為樣本，對公路路堤施工階段、路面施工階段和運行階段的軟土地基沉降特點進行分析。

1 工程地質(zhì)條件

北湖農(nóng)場段軟土地基廣泛分布，地勢相對低洼，地面標高18.0～20.2 m；軟土以淤泥及淤泥質(zhì)黏土為主，厚度一般為0.8～11.4 m，局部地段達19.8 m。軟土的物理力學性指標統(tǒng)計平均值列于表1。該段典型地質(zhì)模型為表層湖塘相淤泥層，下為第四系沖積沉積層結(jié)構(gòu)。

表1 軟土物理力學性指標統(tǒng)計平均值Table 1 Statisticmean values of physical，mechanical indexes of the soft soil

2 沉降監(jiān)測

本路段共布置重點監(jiān)測斷面5個，K86＋460，K86＋530，K88＋100，CK0＋370和EK0＋470；一般監(jiān)測斷面9個，K87＋330，K88＋480，EK0＋050，EK0＋316，EK0＋141，K87＋735，K87＋975，K88＋210和K88＋460等。一般斷面主要以沉降控制為目的，監(jiān)測設(shè)施主要為沉降板，部分高填方部位還埋設(shè)有測斜管（軟土層較厚部位）。重點斷面主要布置在軟土較厚，填土較高，而且地基處理不夠徹底的路段，這些地段沉降問題和穩(wěn)定性問題都很突出，因此監(jiān)測措施較為齊全，有沉降板、測斜管、分層沉降管、孔隙水壓力探頭、地下水位管等。圖1為重點斷面K88＋100觀測儀器埋設(shè)示意圖。

沉降監(jiān)測工作從2003年7月14日開始，至2006年5月17日。最長監(jiān)測時間累計長達1 038 d，共獲得14個監(jiān)測斷面32個測點的沉降數(shù)據(jù)。通過對運行期長達1年半的觀測數(shù)據(jù)，依據(jù)太沙基固結(jié)理論，對各斷面軟土地基最終沉降進行了推算。各斷面軟土最終沉降推算值在9.8～102 cm范圍。

圖1 K88＋100斷面觀測儀器埋設(shè)示意圖Fig.1 Layout ofmonitoring equipment at cross section K 88＋100

3 沉降分析

3.1 路堤施工階段、路面施工階段和運行階段的沉降比例

我們將高速公路地基沉降依據(jù)工程建設(shè)時間先后劃分為3個階段，依次為：路堤施工階段、路面施工階段、運行階段。對3階段沉降所占最終沉降的比例進行了分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 3階段沉降占最終沉降的比例示意圖Fig.2 The proportion occupying settlement for each of the three stages to ultimate settlement

路堤施工階段、路面施工階段和運行階段所占沉降比例分別大致為60%，15%，25%，沉降主要集中在路堤施工階段。這是因為，路堤施工過程中對地基施加了填土荷載，施工期比較長，軟土地基受到壓縮，沉降為主固結(jié)沉降。而路面施工階段，上部加載較小，且路面施工期一般都比較短，該階段的沉降是最小的。在高速公路運行階段，公路受到不斷增多的車輛荷載，特別是大重型車輛的沖擊荷載，對軟土地基產(chǎn)生進一步的壓縮。另外，地基土的次固結(jié)沉降在運行階段中逐步體現(xiàn)，這是地基土沉降在該階段最主要的原因。

14個斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析還表明，沉降比例在前2個階段各斷面間差異較大，而在公路運行階段各斷面間變化較小，大部分保持在20%～30%之間，這說明路堤填筑荷載所產(chǎn)生的沉降基本上是可以在路面施工完成之前完成絕大部分，運行階段所產(chǎn)生的沉降比例與前期的施工工藝沒有太大的關(guān)系，只與地基土的性質(zhì)以及運行階段的車輛荷載相關(guān)。

3.2 超載預壓對沉降的影響

在路堤設(shè)計填土高度施工完成后，及時根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)對各斷面的工后沉降進行了推算，對推算的工后沉降超出設(shè)計標準的部位，進行了超載預壓處理。共有6個斷面所在部位分別施加了0.5～1.5 m填土荷載的超載，進行了3個月的預壓。

圖3為有無進行超載預壓的斷面3階段的沉降分配比例的對比。從路堤施工期、路面施工期和運行階段3階段的沉降分配比例上看，施加超載預壓，并沒有使得沉降比例向路堤施工階段前移，對通車運行階段的沉降比例幾乎沒有影響，只是使路面施工階段的沉降比例稍有增大。這說明超載的施加對軟土地基沉降在路堤施工期、路面施工期和運行階段3階段的沉降分配比例上影響甚小。

圖3 有無進行超載預壓的結(jié)果對比Fig.3 Comparison of results w ith and w ithout surcharge preloading

3.3 路堤填筑高度對3階段沉降的影響

將本段路堤填筑高度分為小于6 m，6～8 m和8～10 m 3類進行各階段沉降比例的對比（見圖4），發(fā)現(xiàn)當路堤高度分別為小于6 m，6～8 m和8～10 m時，在路堤施工階段所占的沉降比例呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；路面施工階段沉降所占比例逐步增大，而運行階段沉降所占比例保持相對均衡。這組數(shù)據(jù)說明路堤高度的大小，即軟土地基上覆荷載的大小，雖然對地基的最終沉降有影響，但公路通車運行階段沉降占地基總沉降的比例是相對均衡的，這對于預測類似工程通車運行階段的沉降以及公路的運行維護都有一定指導意義。

圖4 路堤填筑高度對沉降比例的影響Fig.4 The influence of embankment height on settlement proportion

圖5 路堤填筑時間對沉降的影響Fig.5 The in fluence of construction tim e of em bankm ent on settlem ent

3.4 路堤填筑時間對3階段沉降的影響

路堤施工階段的施工時間長短是影響軟土地基沉降在3階段分配比例的主要因素之一。從圖5可以看出：隨著路堤施工時間的增加，路堤施工階段沉降所占的比例逐步增加，當施工時間超過一年后，其沉降比例超過70%。為保證全面通車，當路堤使用了較短施工時間時，其路面施工卻用了較長時間；因此，路面施工階段的沉降比例隨著路堤施工時間增加而逐步減少，但公路運行階段沉降占總沉降的比例卻保持相對均衡。

4 結(jié)論與建議

（1）本路段14個斷面軟土地基在路堤施工階段、路面施工階段和運行階段的沉降比例大致分別為60%，15%，25%，沉降主要集中在路堤施工階段，且運行階段沉降比例在各斷面間差異較小，其比例相對穩(wěn)定，且隨運行時間的延長而逐漸增大。

（2）有無施加超載、路堤高度以及路堤填筑時間等因素對公路通車運行后的沉降占總沉降的比例影響很小，該階段沉降占地基總沉降的比例相對均衡。

（3）本文研究成果有助于對通車運行后公路將要產(chǎn)生的沉降進行較為準確的預測。應(yīng)用中可在公路通車運行時根據(jù)路堤施工期和路面施工期的實測沉降推算公路通車運行后將要產(chǎn)生的沉降，并據(jù)此提前做好路面維護計劃。

［1］ 胡漢兵，李仲秋，蔡漢利.武漢繞城公路第十六合同段軟土路基沉降與穩(wěn)定控制研究及監(jiān)測［R］.武漢：長江科學院，2005.（HU Han-bing，LI Zhong-qiu，CAI Han-li.Study andmonitoring of settlementand stability of soft foundation at the 16thsection ofWuhan orbit highway［R］.Wuhan：YRSRI，2005.（in Chinese））

（編輯：趙衛(wèi)兵）

Research on Settlement Proportion of Soft Soil Foundation for Different Highway Construction Stages

HU Han-bing，HU Sheng-gang
（Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of the Ministry ofWater Resources，Yangtze River Scientific Research Institutes，Wuhan 430010，China）

By using the long-term monitoring data of Beihu Farm section ofWuhan Ring Road as samples，the settlement proportion among three stages，namely，embankment construction period，pavement construction period and operation period，is analysed.The influence of some factors such as surcharge preloading，embankment height and embankment construction time on settlement proportion of the three stages is also summarized.The findings indicate that the factorsmentioned above have little influence on the settlement proportion of operation stage，and the settlement proportion of that stage is relatively stabilized.These findings can help to predict the settlement of operation stage and to guide the operation and maintenance of highway.

soft foundation；settlement；embankment；Wuhan ring road

TU472

A

1001－5485（2010）06－0035－03

2009-05-31；

2009-07-08

胡漢兵（1972-），男，湖北武漢人，高級工程師，工學碩士和理學碩士，主要從事地基基礎(chǔ)相關(guān)研究，（電話）027-82926147（電子信箱）huhb＠m(xù)ail.crsri.cn。