軟土路堤工后沉降監(jiān)測(cè)、分析與控制

胡漢兵，胡勝剛

（長(zhǎng)江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010）

軟土路堤工后沉降監(jiān)測(cè)、分析與控制

胡漢兵，胡勝剛

（長(zhǎng)江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010）

以某高速公路軟土路堤為工程背景，詳細(xì)介紹了高速公路軟土地基沉降監(jiān)測(cè)和工后沉降預(yù)測(cè)分析方法，以及工后預(yù)測(cè)沉降不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，如何對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。根據(jù)本段軟土地基處理效果可知，軟土地基沉降監(jiān)測(cè)及工后沉降預(yù)測(cè)分析是保證軟土地基處理取得成功的必要手段。

軟土地基；路堤；地基監(jiān)測(cè)；工后沉降；堆載預(yù)壓

某高速公路軟土地基段全長(zhǎng)2.04 km。自2003年6月開(kāi)始進(jìn)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(kāi)始鋪筑路面，至2004年12月下旬，工程全部完工［1］。

本路段路線所經(jīng)地段軟土地基廣泛分布，主要存在以下2個(gè)方面的巖土工程問(wèn)題：

（1）地基在路堤荷載作用下將產(chǎn)生較大的沉降和工后沉降，橋涵構(gòu)造物與土路堤連接處易產(chǎn)生不均勻沉降，形成“橋頭跳車”現(xiàn)象；

（2）軟土強(qiáng)度低、固結(jié)慢，當(dāng)路基填土高度超過(guò)軟土的極限填土高度后，若對(duì)填土速率不加控制，極易產(chǎn)生路基失穩(wěn)現(xiàn)象。

因此需要針對(duì)工程具體特點(diǎn)對(duì)軟土地基進(jìn)行分析、計(jì)算、研究，確定技術(shù)可靠、施工可行、經(jīng)濟(jì)合理的處理方法；合理安排施工程序，同時(shí)在施工過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，隨時(shí)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(jìn)行信息化施工，以確保工程安全并保證地基沉降和工后沉降滿足工程要求；并確保路基填土安全、快速完成。

1 工程地質(zhì)條件

本路段軟土地基廣泛分布，分布地段地勢(shì)相對(duì)低洼，地面標(biāo)高18.0～20.2 m；軟土以淤泥及淤泥質(zhì)黏土為主，厚度一般0.8～11.4 m，局部地段達(dá)19.8 m。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)。為更好地掌握工程地質(zhì)情況，了解主要土層的分布及各土層的物理力學(xué)特性，結(jié)合重點(diǎn)斷面觀測(cè)設(shè)施的埋設(shè)鉆孔，對(duì)控制性斷面，如K86+460斷面（軟土厚度9.8 m）、K86+ 530斷面（軟土厚度8.8 m）、K86+700斷面（軟土厚度8.5 m）、K88+100斷面（軟土厚度13 m）、CK0+ 370斷面（軟土厚度12 m）和EK0+470（軟土厚度19.8 m）等斷面進(jìn)行了補(bǔ)充地質(zhì)勘探以及土工試驗(yàn)。軟土的物理力學(xué)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)平均值列于表1。

表1 軟土物理力學(xué)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)平均值Table1 Statistic mean values of physical and mechanical indexes of soft soil

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)目的：軟土路基的穩(wěn)定性及沉降是高速公路建設(shè)中的難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)路基變形以及地下水情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，以達(dá)到控制軟土路基穩(wěn)定和工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求的目的。

（2）監(jiān)測(cè)斷面類型：根據(jù)軟土分布、路堤高度、所處部位等的不同，將監(jiān)測(cè)斷面分為2種類型，即重點(diǎn)斷面和一般斷面。一般斷面主要以沉降控制為目的，監(jiān)測(cè)設(shè)施主要為沉降板，部分高填方部位還埋設(shè)有測(cè)斜管（軟土層較厚部位）。重點(diǎn)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(wèn)題和穩(wěn)定性問(wèn)題都很突出，因此監(jiān)測(cè)措施較為齊全，有沉降板、測(cè)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(diǎn)斷面K88+100觀測(cè)儀器埋設(shè)示意圖。

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

（3）監(jiān)測(cè)斷面布置：根據(jù)軟土路基的特點(diǎn)，制訂公路軟土路基穩(wěn)定性及沉降控制研究和監(jiān)測(cè)方案。在監(jiān)測(cè)斷面選取過(guò)程中，考慮“突出重點(diǎn)、控制全線”的原則。共布置埋設(shè)了14個(gè)監(jiān)測(cè)斷面［1］。

（4）觀測(cè)頻度：根據(jù)觀測(cè)斷面的填土施工及地基變形情況，控制適當(dāng)?shù)挠^測(cè)頻度，以滿足能夠捕捉到各觀測(cè)物理量的特征點(diǎn)（峰值、突變值）及保證觀測(cè)曲線完整為原則進(jìn)行觀測(cè)。另外，遇異常情況，隨時(shí)加密觀測(cè)。

3 工后沉降分析

按照雙曲線規(guī)律對(duì)實(shí)測(cè)沉降曲線進(jìn)行擬合，并結(jié)合理論分析結(jié)果對(duì)軟土路基的最終沉降和工后沉降進(jìn)行推算［2］，其中工后沉降推算的時(shí)間點(diǎn)定在2004年9月底（假定路面工程于2004年10月初開(kāi)工），即2004年10月初以后地基所發(fā)生的沉降都?xì)w入工后沉降。推算結(jié)果列于表2。

表2 各斷面最終沉降和工后沉降推算成果Table2 Prediction of ultimate settlement and post-construction settlement

從表2可以看出，當(dāng)前各斷面實(shí)測(cè)沉降在124～566 mm范圍，其中部分?jǐn)嗝娴某两抵递^大，實(shí)測(cè)沉降值超過(guò)400 mm，最大達(dá)566 mm，且當(dāng)前地基沉降速率仍較大，大多在0.5 mm／d以上，圖2和圖3為典型斷面沉降曲線，圖中沉降曲線下降趨勢(shì)仍很明顯，說(shuō)明當(dāng)前地基變形遠(yuǎn)未穩(wěn)定。

圖2 K86+460斷面加載-位移曲線Fig.2 Load-disp lacem ent curves at section K 86+460

圖3 EK0+470斷面加載-位移曲線Fig.3 Load-disp lacement curves at section EK0+470

推算的工后沉降在48～288 mm范圍，按照高速公路對(duì)軟土地基工后沉降的設(shè)計(jì)要求（一般路段工后沉降不得大于200 mm，橋頭及明涵處工后沉降不得大于100 mm）［3］，尚有6個(gè)斷面的工后沉降不能滿足上述要求，其原因主要有：①局部路段地質(zhì)條件較差、軟土較厚；②局部路段地質(zhì)條件一般，但填土高度很大；③部分?jǐn)嗝嫣幪钔凛^晚，地基沉降時(shí)間較短；④部分?jǐn)嗝嫖挥跇蝾^附近，而橋頭沉降控制要求較嚴(yán)。

4 不合格斷面地基處理措施及分析

對(duì)上述工后沉降不能滿足設(shè)計(jì)要求的路段，由于工期限制，預(yù)壓期較短，而且對(duì)于大多數(shù)斷面，通過(guò)延長(zhǎng)預(yù)壓期來(lái)減小工后沉降的效果也很有限，因此有必要采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧赃_(dá)到加速地基固結(jié)進(jìn)程，使沉降提前發(fā)生，減小后期沉降的目的。

對(duì)工后沉降不能滿足設(shè)計(jì)要求的路段，采用超載預(yù)壓或等載預(yù)壓措施［4，5］，按4個(gè)月預(yù)壓期考慮，計(jì)算各斷面超載部分所引起的沉降和工后沉降，然后結(jié)合軟土分布、設(shè)計(jì)填土高度以及橋涵等構(gòu)造物的分布等情況進(jìn)行分段，提出處理措施建議，經(jīng)處理后上述斷面工后沉降能滿足設(shè)計(jì)要求，見(jiàn)表3。

表3 分段處理措施建議及預(yù)壓前后各斷面工后沉降預(yù)測(cè)表Table3 Suggested treatmentmeasures and settlements prediction of every section of post-construction before and after prepressing

5 處理效果

2004年9月20日對(duì)堆載預(yù)壓斷面的工后沉降和預(yù)壓效果進(jìn)行分析，堆載期間各斷面沉降在42～122 mm范圍，沉降速率平均為0.4～1.1 mm／d，說(shuō)明堆載預(yù)壓效果較明顯。經(jīng)觀測(cè)，K87+735，K88+ 100，EK0+316及EK0+470四個(gè)斷面的工后沉降已滿足設(shè)計(jì)要求。而K86+460和K88+210兩個(gè)斷面沉降速率仍未明顯收斂，當(dāng)時(shí)沉降速率仍達(dá)0.7 mm／d，且均位于橋頭，因此在現(xiàn)有堆載下，預(yù)壓至9月底，其工后沉降仍不滿足要求，因此于9月23 24日對(duì)K86+455至K86+500和K88+170至K88+221兩段施加了第四層堆載（厚50 cm），繼續(xù)進(jìn)行預(yù)壓。

同年10月21日又根據(jù)近期觀測(cè)資料，對(duì)K86 +460和K88+210兩個(gè)堆載預(yù)壓斷面的工后沉降重新進(jìn)行了擬合推算，沉降速率仍分別達(dá)1.1 mm／d和0.8 mm／d，且均位于橋頭，工后沉降仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。由于工期限制，無(wú)法繼續(xù)預(yù)壓，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后決定卸載，施工路面，對(duì)后期沉降通過(guò)加強(qiáng)維護(hù)來(lái)彌補(bǔ)。近期觀測(cè)成果表明，雖然上述兩個(gè)斷面軟土地基沉降速率在持續(xù)下降，但沉降仍未完全收斂穩(wěn)定。其工后沉降量還可能超過(guò)設(shè)計(jì)要求，故需要對(duì)竣工通車之后的軟土路基沉降繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及時(shí)了解沉降變形狀況，為采取適當(dāng)工程措施提供參考依據(jù)。除上述兩個(gè)斷面外，其余斷面沉降速率已降到很小，工后沉降能滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 論

在軟土路段布置監(jiān)測(cè)設(shè)施，對(duì)軟土路堤沉降變形進(jìn)行了嚴(yán)密觀測(cè)，且隨工程進(jìn)展，對(duì)軟土地基工后沉降進(jìn)行了及時(shí)的分析和預(yù)測(cè)，并根據(jù)觀測(cè)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，判斷工后沉降是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)工后沉降不滿足設(shè)計(jì)要求的部位，采取了合理工程措施進(jìn)行處理，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為合理確定路面施工時(shí)間和采取工程措施提供了科學(xué)依據(jù)。同時(shí)成功控制了路基填土及超載施工過(guò)程中的路基穩(wěn)定性。可為類似工程提供借鑒。

［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(cè)［R］.武漢：長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，2005：1-10，14-21.（HU Han-bing，LIZhong-qiu，CAIHan-li.The research and monitoring of settlement and stability of road embankments over soft ground for the 16th Contract Section of Wuhan Ring Expressway，Changjiang River Scientific Research Institute［R］.Wuhan：Changjiang Water Resources Commission，2005：1-10，14-21.（in Chinese））

［2］ 孫常青，饒錫保，王月香.沉降觀測(cè)曲線的擬合和最終沉降量的確定［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2002，（5）：58-61.（SUN Chang-qing，RAO Xi-bao，WANG Yue-xiang.Determination of final settlement by fitting observed curve method［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2002，（5）：58-61.（in Chinese））

［3］ JTJ017-96，公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，1996.（JTJ017-96，Technical Specification for Design and Construction of Road Embankment over Soft Soil［S］.Beijing：Communications Press，1996.（in Chinese））.

［4］ 馮光愈，程展林，鄢重新.高速公路軟土地基處理研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，1996，（4）：37-44.（FENG Guang-yu，CHEN Zhan-lin，YAN Chong-xing.Researeh on soft clay foundation treatment for expressway［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1996，（4）：37-44.（in Chinese））

［5］ 林 清，程展林，徐建明.高速公路軟基處理及施工控制技術(shù)研究［J］.交通科技，2004，（5）：18-20.（LIN Qing，CHENG Zhan-lin，XU Jian-ming.Study-report on the treatment and control for expressway soft-foundation［J］.Transportation Science＆Technology，2004，（5）：18-20.（in Chinese））

［6］ JTJ051-93，公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，1993.（JTJ051-93，Specification for Soil Testing of Highway［S］.Beijing：China Communications Press，1993.（in Chinese） ）

（編輯：趙衛(wèi)兵）

Post-construction Settlement M onitoring，Analysis and Control of Road Embankment Built on Soft Ground

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

In combination with some road embankment project built on a soft ground，it is introduced in detail the monitoringmethods of soft ground and analyticalmethods of predicting the post-construction settlements of a road embankment.It is also explained that how to improve the soft ground when predicted settlement does notmeet the design demands.According to the observed settlement information of this road embankment，it can be concluded thatmonitoring and predicting in time the post-construction settlement is essential to successfully guarantee the road embankment built on soft ground.

soft ground；road embankment；monitoring；post-construction settlement；pre-loading

TU472

A

1001-5485（2010）04-0040-04

2009-05-06

胡漢兵（1972-），男，湖北黃陂人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士和理學(xué)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。