萬明棟,陳 帥
(中國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[1]。在這類軟土上修建公路經(jīng)常會出現(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]。
本文依托萬松東路延伸工程進(jìn)行監(jiān)測工作,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 %,最短坡長為130 m,最長坡長為392.198 m,縱斷面技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。
根據(jù)試驗路段的自然條件和現(xiàn)場施工的情況,選擇了兩個有代表性斷面進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測,K1+900為沖擊碾壓斷面,K2+50為管樁處理斷面。對沖擊碾壓處理斷面(K1+900)進(jìn)行沉降計算,該路段路堤設(shè)計高度為3.0 m,使用荷載約為60 kPa,路堤設(shè)計頂寬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算,得到結(jié)果如圖1所示。
圖1為沉降隨時間變化的曲線,實線為監(jiān)測值,虛線部分為預(yù)測值。可以看到隨時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發(fā)生較大的沉降,隨著時間的增加,沉降量隨時間的增長速率逐漸減小,即路基工后沉降逐漸趨于穩(wěn)定。
圖1 沉降-時間關(guān)系曲線
通過預(yù)測該斷面在施工期間總的沉降量約為804.9 mm,并預(yù)測該斷面的最終沉降量為1 718.6 mm。
本文使用理正軟件對管樁處理斷面(k2+50)的沉降進(jìn)行計算,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間約為2020年初,由此計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,會對行車交通產(chǎn)生巨大的影響。
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間內(nèi),根據(jù)實測的荷載-時間-沉降曲線預(yù)測路基沉降量,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)計的優(yōu)勢被許多道路工程所采用。由于缺陷責(zé)任期時間為兩年,因此可以采用預(yù)拋高方法滿足缺陷責(zé)任期要求。
沉平控制時間是指在設(shè)置路堤預(yù)拋高后,此時路面實際高程大于設(shè)計高程,在通車后某一控制時刻,路面高程下沉到設(shè)計高程[14]。一般情況下,預(yù)拋高設(shè)計以通車后2 a作為沉平控制時間(表2),路堤預(yù)拋高按下式計算:
ha=stc-st0
(5)
式中:ha為路堤的預(yù)拋高量;stc為沉平控制時間內(nèi)的預(yù)測沉降;st0為 道路竣工的預(yù)測沉降。
表2 通車2年內(nèi)道路工后沉降 mm
由此計算道路取沉平控制時間為2 a時預(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。
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)壓的方法對路基的工后沉降進(jìn)行控制。因為在堆載預(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)行計算,以確定一個較為合適的超載量進(jìn)行預(yù)壓。計劃使用現(xiàn)場附近取土場和路塹挖方棄土,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)壓時間8個月,模擬一般道路的加載過程,卸除多余荷載至設(shè)計路床高程所需時間為10 d,維持路床高程預(yù)壓1個月后,用40 d完成路面的加載工作。由于場地限制,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)計與施工技術(shù)規(guī)范》、JTG D30-2004《公路路基設(shè)計規(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,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,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)壓時間8個月。通過計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。
(1)通過分層總和法對沖擊碾壓處理斷面及管樁處理斷面進(jìn)行沉降預(yù)測,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,即取沉平控制時間為2 a時,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)壓時間8個月。通過計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。