內(nèi)蒙古黃旗海濕地軟土路基的沉降規(guī)律分析

韓相超，呂遠(yuǎn)強(qiáng)

(中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710054)

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，西部地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)工程越來越多，尤其是近幾年高速公路的建設(shè)在西部地區(qū)得到了長足的發(fā)展。但是，由于西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后、技術(shù)力量薄弱等原因，對因特殊氣候、地形地貌而造成的濕地軟土地基的處理經(jīng)驗相對缺乏。為此，如何保證高原濕地軟土路基的工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度就成為了西部高原濕地公路建設(shè)亟待解決的問題。作者從軟土路基的實踐處理方法入手，對軟土路基因填筑后引起的沉降進(jìn)行監(jiān)測，總結(jié)分析軟土路基的沉降規(guī)律，預(yù)測軟土路基的工后沉降，準(zhǔn)確控制軟土路基的工程質(zhì)量，為建設(shè)工程提供服務(wù)。

研究對象為內(nèi)蒙古集豐高速公路，位于烏蘭察布高原南緣，海拔高度1290～1305m，公路穿越西部地區(qū)一處非常典型的濕地-黃旗海濕地，距內(nèi)蒙古自治區(qū)集寧市東南 30km，北緯 40°50’，東經(jīng) 113°15’，面積大約11390hm2，東西長20km，南北寬6～9km，水深3～5m，最深達(dá)10m，pH值8～8.6，屬于典型的高原濕地。

1 高原濕地軟土路基的沉降監(jiān)測與分析

強(qiáng)度低、固結(jié)慢是軟土的特性，如果軟土路基填筑施工不當(dāng)，容易造成軟土地基失穩(wěn)，引發(fā)路堤破壞，同時在軟土路基填筑完成后地基會產(chǎn)生較大的沉降和殘余沉降［1-2］，因此，確保軟土地基穩(wěn)定及減小路基的工后沉降，對軟土路基沉降進(jìn)行分析非常重要。

1.1 軟土路基沉降量統(tǒng)計規(guī)律

軟土路基沉降量的變化與路堤填筑、預(yù)壓、路面結(jié)構(gòu)層的施工等階段荷載的變化有關(guān)［3］，本次對幾段軟土路基典型斷面各個施工期的沉降監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行沉降量級的統(tǒng)計(表1)。由表1可知，路基施工期單次測量小于5mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為40%，單次測量介于5～10mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為39%，單次測量大于10mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為21%，說明路基施工期單次測量沉降量主要集中在小于10mm。路基預(yù)壓期單次測量小于5mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為58%，單次測量介于5～10mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為21%，單次測量大于10mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為21%，說明路基施工期單次測量沉降量主要集中在小于10mm，說明路基預(yù)壓期單次測量沉降量主要集中也小于10mm。路面施工期單次測量小于5mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為100%，單次測量介于5～10mm和大于10mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為0%。由此，可以看出從路基施工期～路基預(yù)壓期～路基施工期三個階段小于5mm的沉降量出現(xiàn)的頻率從40% ～58% ～100%，說明軟土路基的沉降主要集中在路基施工期和預(yù)壓期，路面施工期單次測量沉降量主要集中在小于5mm，隨著施工階段的推進(jìn)，沉降量級在變小，小于5mm的沉降量出現(xiàn)的頻率在變大。

表1 不同施工期監(jiān)測沉降量級統(tǒng)計表Table 1 Statistics of different construction of monitoring settlement

1.2 軟土路基的橫向差異沉降分析

軟土路基的橫向差異沉降與路堤填筑厚度的差異、路基地層結(jié)構(gòu)相關(guān)，差異沉降的大小對后期路面的質(zhì)量影響較大。本次對幾段軟土路堤的典型斷面的路堤中心沉降和路肩沉降進(jìn)行分析統(tǒng)計(表2)，從表2可知，沿路基橫斷面沉降量的分布是不均勻的，差異沉降量相對較小，路肩的沉降量要比路堤中心的小，路肩的沉降量是路堤中心沉降量的74.46%～91.47%。

表2 路肩沉降量與路堤中心沉降量百分比統(tǒng)計表Table 2 Percentage statistics of shoulder settlement and embankment center settlement

另外，從現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析并結(jié)合施工實踐經(jīng)驗，軟土路堤的橫向差異沉降主要發(fā)生在地基土的塑性變形階段，即路基的填筑期，在預(yù)壓期和路面施工期差異沉降變化逐漸減小。同時，還發(fā)現(xiàn)采用加筋土墊層的路堤橫向差異沉降明顯比非加筋土墊層的路堤小得多。

1.3 軟土路基沉降過程分析

軟土路基的沉降過程與路堤的填筑厚度、荷載及時間有關(guān)。本次選擇K59+580典型斷面進(jìn)行分析，路基填筑厚度12.0m，采用加筋土墊層碾壓回填［4-5］，監(jiān)測周期從開始至340天，測得填土厚度-沉降量與時間關(guān)系觀測曲線見圖1，由圖1可知，沉降過程可以分為以下幾個階段:

圖1 K59+580觀測斷面填土厚度－沉降量與時間關(guān)系觀測曲線Fig.1 Curve of lift thickness-the settlement and the time of K59+580 observation section

①填筑路堤從開始至第28天，軟土路基地基土層處于彈性變形階段，路堤填土厚度約4.5m，這一階段的路堤中心沉降量為86mm。填土厚度-沉降量與時間關(guān)系曲線呈對應(yīng)的線性關(guān)系。

②填筑路堤從第28天到第72天，為路堤的集中填筑施工期，路堤填土厚度約10.0m，地基土主要處于塑性變形階段，填土厚度-沉降量與時間關(guān)系曲線呈現(xiàn)明顯拐點，路堤中心沉降量明顯增大，沉降量達(dá)174mm，這說明公路地基軟土的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

③填筑路堤從72天到220天，為路基預(yù)壓衡載期，路基的沉降已基本完成，沉降曲線變化不明顯，后期趨近于水平，路堤中心沉降量為210mm。局部地段的差異沉降相對較大，還不滿足路面施工要求。

④填筑路堤220天到340天，為路面施工階段，路基的沉降已完成，沉降曲線呈水平狀態(tài)，這一階段的路堤中心沉降量不到10mm，說明這一階段路基的沉降達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，滿足路面施工設(shè)計要求。

2 軟土路基工后沉降預(yù)測

軟土路基的工后沉降問題，是引起公路路面結(jié)構(gòu)病害的主要原因，是影響道路正常運(yùn)營的重要因素，也是評價路堤性狀的重要參數(shù)指標(biāo)［1，6］。因此，對公路軟土路基的工后沉降進(jìn)行預(yù)測非常關(guān)鍵，根據(jù)《公路軟土路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017—96)，采用雙曲線法、三點法、指數(shù)曲線法［7-8］，選取具有代表性的7個觀測斷面(不同里程位置)進(jìn)行路基工后沉降預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見圖2和圖3。

圖2 不同斷面路基的工后最終沉降曲線Fig.2 The final settlement curve after construction of the roadbed different sections

圖3 不同斷面路基的工后沉降對比曲線Fig.3 The contrast curve after construction of the roadbed different sections

從圖2可知，各斷面的沉降值介于57.8～319.3mm，即采用三種方法得到各斷面的最終沉降曲線基本重合，說明預(yù)測結(jié)果與實際較吻合，同時，59.63km和63.2km處三種方法得到的最終沉降值均最大和最小，這和實際路基的填筑厚度最大和最小相對應(yīng)。從圖3可知，施工期累計沉降和最終沉降比較接近，即殘余沉降量值(最終沉降減去施工期累計沉降量)介于5.5～32.3mm，滿足《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017—96)要求(橋頭路段不大于10cm，小型構(gòu)造物附近不大于20cm，一般填土路段不大于30cm)。同時還可看出，殘余沉降最大的斷面是65km處，而不是路基填筑厚度最大處，可能是因為填筑質(zhì)量的差異所致。

3 結(jié)論

(1)軟土路基從路基施工期-路基預(yù)壓期-路基施工期，小于5mm的沉降量出現(xiàn)的頻率從40% ～58%～100%，三個階段累加起來小于5mm的沉降量出現(xiàn)的頻率為52.8%，說明沉降主要發(fā)生在路堤施工期-路基預(yù)壓期，隨著施工階段的推進(jìn)，沉降量級在變小。

(2)沿路基橫斷面沉降量分布是不均勻的，差異沉降量相對較小，路肩的沉降量要比路堤中心的小。

(3)填筑路堤從開始至第28天，軟土路基地基土層處于彈性變形階段，路堤中心沉降量為86mm。填土厚度-沉降量與時間關(guān)系曲線呈對應(yīng)的線性關(guān)系。填筑路堤從第28d到第72d，軟土路基地基土處于塑性變形階段，填土厚度-沉降量與時間關(guān)系曲線呈現(xiàn)明顯拐點，路堤中心沉降量明顯增大，沉降量達(dá)174mm，這說明公路軟土地基的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，即公路軟土地基的極限填土高度為4.5m左右。

(4)采用三種方法得到各斷面的最終沉降量接近，說明預(yù)測結(jié)果與實際較吻合。施工期累計沉降和最終沉降比較接近，與結(jié)論(1)即軟土路基的沉降主要發(fā)生在路堤施工期-路基預(yù)壓期相互印證。殘余沉降量值(最終沉降減去施工期累計沉降量)介于5.5～32.3mm，滿足《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017—96)要求。

［1］JTJ017-96，公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范［S］.JTJ 017-96，Technical specifications for design and construction of highway embankment on soft ground［S］.

［3］龔曉南.復(fù)合地基［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，1992.GONG Xiaonan.Composite subgrade［M］.Hangzhou:Zhejiang University Press，1992.

［4］徐至鈞.軟土地基和預(yù)壓法地基處理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.51-66.Xu Zhijun.Foundation treatment of soft ground and preloading method［M］.Beijing:Machinery Industry Press，2005.51-66.

［5］孫更生，鄭大同.軟土地基及地下工程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.SUN Gengsheng，ZHENG Datong.Softgroundand underground engineering［M］.Beijing:China Building Industry Press，1997.

［6］地基處理手冊編委會.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑出版社，1988.Ground TreatmentManualEditorialBoard.Ground treatment manual［M］.Beijing:China Building Industry Press，1988.

［7］折學(xué)森.軟土地基沉降計算［M］.北京:人民交通出版社，2000.ZHE Xuesen.Soft ground settlement calculation［M］.Beijing:China Communications Press，2000.

［8］劉玉卓.公路工程軟基處理［M］.北京:人民交通出版社，2002.LIU Yuzhuo.Highway soft foundation treatment［M］.Beijing:China Communications Press，2002.