濱海相淤泥質(zhì)軟土路基差異沉降控制

萬明棟,陳 帥

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610213)

東南沿海地區(qū)分布著大量的濱海相淤泥質(zhì)軟土，這些軟土具有含水率高、壓縮系數(shù)大、滲透系數(shù)小、靈敏度高、強(qiáng)度低和厚度不均等特點(diǎn)[1]。在這類軟土上修建公路經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)地基承載力不足、沉降過大、沉降不均勻等問題，不利于工程建設(shè)。所以在軟土地基上進(jìn)行公路建設(shè)，需要在正式施工前進(jìn)行地基加固處理[2-4]。

但公路軟土地基處理[5]常根據(jù)路段性質(zhì)不同而采用不同軟土地基處理方法，而不同軟基處理方法處理的高速公路深厚軟基其工后沉降不一致，即產(chǎn)生差異沉降[6-7]。過大的差異沉降會(huì)導(dǎo)致上覆路面的瀝青或水泥混凝土面層產(chǎn)生附加彎拉應(yīng)力，加劇路面結(jié)構(gòu)的破壞[8]，宏觀表現(xiàn)即為路面產(chǎn)生橫向裂縫和行車的橋頭跳車,極大地影響路面的使用功能[9]。

1 軟土路基差異沉降計(jì)算

本文依托萬松東路延伸工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，萬松東路延伸工程位于浙江省溫州市瑞安市境內(nèi)，全長(zhǎng)約4.64 km，標(biāo)準(zhǔn)路幅寬60～70 m，路基寬度76 m，雙向8車道(設(shè)置輔道形式)，為城市主干道、設(shè)計(jì)車速為50 km/h，新建15座橋梁。一般路段路基碾壓采用藍(lán)派沖擊碾壓法(共沖碾兩次)；路橋過渡段路基采用預(yù)應(yīng)力管樁對(duì)軟土路基進(jìn)行加固處理，道路全線最小縱坡為0.3 %，最大縱坡為2.0 %，最短坡長(zhǎng)為130 m，最長(zhǎng)坡長(zhǎng)為392.198 m，縱斷面技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

根據(jù)試驗(yàn)路段的自然條件和現(xiàn)場(chǎng)施工的情況，選擇了兩個(gè)有代表性斷面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，K1+900為沖擊碾壓斷面，K2+50為管樁處理斷面。對(duì)沖擊碾壓處理斷面(K1+900)進(jìn)行沉降計(jì)算，該路段路堤設(shè)計(jì)高度為3.0 m，使用荷載約為60 kPa,路堤設(shè)計(jì)頂寬70.0 m，路堤邊坡坡度:1∶1。由于經(jīng)過沖擊碾壓處理可對(duì)路基的固結(jié)效應(yīng)進(jìn)行部分消除[10-13]，減少路基的工后沉降，本文通過分層總和法進(jìn)行路基在施工期的沉降計(jì)算，得到結(jié)果如圖1所示。

圖1為沉降隨時(shí)間變化的曲線，實(shí)線為監(jiān)測(cè)值，虛線部分為預(yù)測(cè)值?？梢钥吹诫S時(shí)間增加在初始階段沉降量產(chǎn)生了較大的增加，即隨著每次沖擊碾壓及路堤的填筑路基都會(huì)發(fā)生較大的沉降，隨著時(shí)間的增加，沉降量隨時(shí)間的增長(zhǎng)速率逐漸減小，即路基工后沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

圖1 沉降-時(shí)間關(guān)系曲線

通過預(yù)測(cè)該斷面在施工期間總的沉降量約為804.9 mm，并預(yù)測(cè)該斷面的最終沉降量為1 718.6 mm。

本文使用理正軟件對(duì)管樁處理斷面(k2+50)的沉降進(jìn)行計(jì)算，得到路基的最終沉降量為35 mm。

萬松東路延伸工程的竣工時(shí)間約為2020年初，由此計(jì)算得到路基的工后沉降量如表1所示。

表1 不同處理方式下道路最終工后沉降量 mm

通過對(duì)比沖擊碾壓區(qū)域及管樁處理區(qū)域的工后沉降，發(fā)現(xiàn)沖擊碾壓路段施工過后沉降量過大，遠(yuǎn)超容許工后沉降值不大于0.3 m，且與路橋過渡段(管樁加固區(qū)域)沉降量相差較大，兩種路基處理方式之間差異沉降達(dá)到878.7 mm。因此需要對(duì)不同路基處理方式之間的差異沉降進(jìn)行控制，以防止道路發(fā)生嚴(yán)重的差異沉降，會(huì)對(duì)行車交通產(chǎn)生巨大的影響。

2 軟土路基差異沉降控制

2.1 預(yù)拋高法沉降控制方案

預(yù)拋高是指在路基填筑到路床頂面至路面通車后若干年這段時(shí)間內(nèi)，根據(jù)實(shí)測(cè)的荷載-時(shí)間-沉降曲線預(yù)測(cè)路基沉降量，并將此沉降量預(yù)先填筑在路基上，以延緩過渡段沉降，確保路基施工工期、工后沉降及工程質(zhì)量滿足規(guī)范要求。預(yù)拋高控制技術(shù)因其方便施工設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)被許多道路工程所采用。由于缺陷責(zé)任期時(shí)間為兩年，因此可以采用預(yù)拋高方法滿足缺陷責(zé)任期要求。

沉平控制時(shí)間是指在設(shè)置路堤預(yù)拋高后,此時(shí)路面實(shí)際高程大于設(shè)計(jì)高程,在通車后某一控制時(shí)刻,路面高程下沉到設(shè)計(jì)高程[14]。一般情況下，預(yù)拋高設(shè)計(jì)以通車后2 a作為沉平控制時(shí)間(表2),路堤預(yù)拋高按下式計(jì)算：

ha=stc-st0

(5)

式中：ha為路堤的預(yù)拋高量；stc為沉平控制時(shí)間內(nèi)的預(yù)測(cè)沉降；st0為 道路竣工的預(yù)測(cè)沉降。

表2 通車2年內(nèi)道路工后沉降 mm

由此計(jì)算道路取沉平控制時(shí)間為2 a時(shí)預(yù)拋高量約為220 mm，并設(shè)置過渡段20 m，坡率1∶1000。通過計(jì)算可以得到竣工至通車5 a內(nèi)發(fā)生的沉降約低于300 mm，即在此方案下5 a內(nèi)可以保證道路沉降量滿足規(guī)范要求。

2.2 堆載預(yù)壓法沉降控制方案

由于本文所述施工路段目前還沒有進(jìn)行路面材料的鋪設(shè)，因此，本文使用堆載預(yù)壓的方法對(duì)路基的工后沉降進(jìn)行控制。因?yàn)樵诙演d預(yù)壓的地基處理中，隨著超載量的增加，路基的最終沉降量增長(zhǎng)幅度較小，然而公路施工期內(nèi)發(fā)生的沉降總量逐步增大，而且增加速度比較快；且隨著超載量的增加，工后沉降逐漸變小[15]。

因此本節(jié)通過取不同的超載量分別進(jìn)行計(jì)算，以確定一個(gè)較為合適的超載量進(jìn)行預(yù)壓。計(jì)劃使用現(xiàn)場(chǎng)附近取土場(chǎng)和路塹挖方棄土，超載量分別取0.5 m(10 kPa)、1 m(20 kPa)，1.5 m(30 kPa)，2 m(40 kPa)，根據(jù)工期設(shè)置預(yù)壓時(shí)間8個(gè)月，模擬一般道路的加載過程，卸除多余荷載至設(shè)計(jì)路床高程所需時(shí)間為10 d，維持路床高程預(yù)壓1個(gè)月后，用40 d完成路面的加載工作。由于場(chǎng)地限制，無法埋設(shè)塑料排水板。

根據(jù)JTJ017-96《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》、JTG D30-2004《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范，工程一般取工程竣工至15 a內(nèi)發(fā)生的沉降作為工后沉降的取至標(biāo)準(zhǔn)。由此計(jì)算路基在不同超載情況下工后沉降如圖2所示。

圖2 工后沉降隨超載量變化曲線

由圖2可知，工后沉降隨超載量的增加而逐漸減小。且由圖可知，超載高度為5 m約100 kPa時(shí)，工后沉降量約為378.7 mm，仍超出容許沉降值。若要使工后沉降符合容許沉降值，則超載量過大，容易造成失穩(wěn)。通過觀察載量與工后沉降關(guān)系曲線發(fā)現(xiàn)超載量超過2.5 m時(shí)，工后沉降變化不大。因此沖擊碾壓路段沉降控制方案可設(shè)置為：超載量2.5 m(50 kPa)，根據(jù)工期設(shè)置預(yù)壓時(shí)間8個(gè)月。通過計(jì)算可以得到竣工至通車7 a內(nèi)發(fā)生的沉降約298 mm，即在此方案下7年內(nèi)可以保證道路沉降量滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)束語

(1)通過分層總和法對(duì)沖擊碾壓處理斷面及管樁處理斷面進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)沖擊碾壓路段施工過后沉降量過大，遠(yuǎn)超容許工后沉降值；對(duì)比沖擊碾壓處理斷面及管樁處理斷面的沉降量，發(fā)現(xiàn)沖擊碾壓路段施工過后沉降量過大，遠(yuǎn)超路橋過渡段(管樁加固區(qū)域)沉降量，即兩種路基處理方式之間存在較大差異沉降。

(2)兩種路基處理方式之間存在較大差異沉降，計(jì)劃采用預(yù)拋高方法滿足缺陷責(zé)任期要求，即取沉平控制時(shí)間為2 a時(shí)，預(yù)拋高量約為220 mm，再設(shè)置過渡段20 m,坡率1∶1000。

(3)使用堆載預(yù)壓的方法對(duì)路基的工后沉降進(jìn)行控制，通過控制超載量來尋找較為合適的堆載預(yù)壓方案。通過計(jì)算得到?jīng)_擊碾壓路段沉降控制方案為：超載量2.5 m(50 kPa)，根據(jù)工期設(shè)置預(yù)壓時(shí)間8個(gè)月。通過計(jì)算可以得到此方案下竣工至通車7 a內(nèi)發(fā)生的沉降約298 mm。