道路軟基路堤的沉降動態(tài)控制方法研究

沈 蘊，徐 亮

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

為了保證路基填筑施工質(zhì)量，可通過提高路堤在永久荷載作用下的地基穩(wěn)定性，以最大限度地減少和避免軟基路堤出現(xiàn)沉降，盡可能消除橋涵與路堤連接處或者是路段橫縱向沉降差，從而控制橋頭跳車、路面不平整以及裂縫問題。工后沉降量是影響道路路面變形的重要因素，在前期設(shè)計階段應(yīng)該對最終沉降量進行合理的推算，確定在不同時段地基的固結(jié)度[1]。但是市政道路工程整體呈現(xiàn)帶狀分布，跨越長度大，地質(zhì)環(huán)境變化大，沉降量推算結(jié)果會受到地質(zhì)勘察、地基處理方案的選擇等因素的影響，最終影響工后沉降效果。

1 工程實例

某市政道路工程全線軟基路堤處理工藝采用超載預(yù)壓的堆載預(yù)壓設(shè)計及水泥攪拌樁，并加上塑料排水板的方式進行固結(jié)處理。嚴格按照施工標準和沉降標準來進行軟基處理，在該市政道路工程竣工3 a 后，對該市政道路全線的70 個軟基路堤觀測點的數(shù)據(jù)進行收集整理，詳細見表1。

從表1 中可以發(fā)現(xiàn)，工后沉降平均值與沉降速率區(qū)間變化呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。沉降速率區(qū)間小于3.0～6.0 mm/ 月共有66 個點，總占比94.2%，軟土路堤沉降控制效果顯著。

表1 軟基路堤觀測數(shù)據(jù)

2 市政道路常用的軟基處理方法及適用條件

（1）換填法一般應(yīng)用于厚度2.0 m 之內(nèi)的軟土中，其工作原理是先將全部軟土進行移除，遵循分層碾壓填筑的原則來進行施工作業(yè)。

（2）拋石擠淤法一般應(yīng)用于厚度介于2.0～4.0 m的軟土，其工作原理是在拋填片石過程時，將多余的淤泥進行移除，并在此基礎(chǔ)上進行拋填和碾壓。

（3）堆載預(yù)壓法或水泥攪拌樁一般應(yīng)用于厚度超過4.0 m 軟土中，這兩種軟基處理方法優(yōu)缺不一，應(yīng)用的范圍也存在差異，前者較為經(jīng)濟實惠，但是施工周期長，后者施工周期短，但是成本高。

3 市政道路軟基處理的設(shè)計與計算

換填法和拋石擠淤法應(yīng)用較為簡單，操作難度較小，此處不做分析，本文對排水固結(jié)堆載預(yù)壓法進行介紹。堆載預(yù)壓法常應(yīng)用于厚度超過4 m 的大范圍深厚軟土的處理，優(yōu)勢明顯，處理效果顯著，現(xiàn)已在我國各地區(qū)的軟土處理中得到了應(yīng)用。堆載預(yù)壓法的工作原理利用先期荷載，排除土體孔隙水，使得孔壓消散，從而促使軟土固結(jié)成型，減少后期市政道路的沉降量。

3.1 堆載預(yù)壓的設(shè)計

預(yù)壓時間要根據(jù)實際的施工工期與施工位置來進行決定，路段和橋頭路段的預(yù)壓時間有所差異，前者的預(yù)壓時間一般控制在6 個月，而后者的預(yù)壓時間一般控制在8 個月，但是具體的預(yù)壓時間的設(shè)計還要考慮到沉降速率，并根據(jù)實際情況來進行調(diào)整。高速公路軟基課題組提出：在進行軟基路段路面底基層施工作業(yè)時，要保證路基填土達到設(shè)計標高[2]。路堤中心沉降不會過大，保證一般路段的平均月沉降量連續(xù)兩次不大于8 mm，橋頭路段平均月沉降量連續(xù)兩次不大于6 mm。堆載預(yù)壓也分為等載預(yù)壓和超載預(yù)壓兩種，要實現(xiàn)相同沉降量要求，兩者花費的時間不一，超載預(yù)壓花費時間較少。圖1 為堆載預(yù)壓現(xiàn)場施工圖。

圖1 堆載預(yù)壓

3.2 豎向排水體及排水系統(tǒng)設(shè)計

重視排水工作，保證豎向排水體及排水系統(tǒng)的設(shè)計的科學(xué)性與合理性。豎向排水體的工作原理并不復(fù)雜，通過人工設(shè)置排水通道，能夠極大提升排水效率，加快土層的固結(jié)。當前，豎向排水體的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，實現(xiàn)了普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等形式的發(fā)展和升級。塑料排水板操作方便，質(zhì)量穩(wěn)定，可靠性高，加上較為經(jīng)濟和實惠，在當前的市政道路工程中的軟基處理中得到了廣泛應(yīng)用。

3.3 固結(jié)沉降計算

3.3.1 沉降計算

（1）沉降分為瞬時沉降、固結(jié)沉降及次固結(jié)沉降三種。施工總沉降可按式（1）計算：

式中：Sd為瞬時沉降，mm；Se為固結(jié)沉降，mm；Sa為次固結(jié)沉降，mm。

（2）瞬時沉降的出現(xiàn)是因為土體發(fā)生剪切變形，在大面積均載的情況下，土體剪切變形較小，瞬間沉降量也比較的小，一些較小的瞬間沉降可以不計入計算。而次固沉降的出現(xiàn)一般都在淤泥層，沉降量較大，次固沉降量的計算要綜合考慮土層的次固結(jié)系數(shù)、厚度以及道路工程的使用過程因素，保證計算的準確性，次固結(jié)沉降可根據(jù)式（2）計算：

式中：Ca為次固結(jié)系數(shù)；h為淤泥層厚度，cm；e為孔隙比，%；t1為道路使用時間，s；t0為主固結(jié)完成時間，s。

（3）在進行主固結(jié)沉降的計算時要先將整個壓縮土層進行劃分，保證分層厚度適中，再對各個分層的沉降量進行計算，并求和，具體見式（3）：

式中：Si為分層固結(jié)沉降，mm。

淤泥和淤泥質(zhì)土的沉降的計算需要考慮的因素較多，需要對附加應(yīng)力的大小進行計算，觀察土層的固結(jié)狀況，保證壓縮指數(shù)的科學(xué)性。其他土體的沉降計算和上述土體的計算也存在相似之處，要計算土層的應(yīng)變變化及壓縮系數(shù)等。

3.3.2 固結(jié)計算

軟土中有豎向排水插板的平均固結(jié)度的計算，要根據(jù)豎向排水固結(jié)度和徑向排水固結(jié)度來進行，它們之間有如式（4）的關(guān)系：

式中：Uz為豎向排水平均固結(jié)度，%；Ur為徑向排水平均固結(jié)度，%。

4 市政道路路基沉降的預(yù)防措施

4.1 強化地質(zhì)勘測，對施工路段進行細致研究

地基的沉降問題，是導(dǎo)致路基沉降的主要因素之一。若能有效控制地基的沉降，則路基沉降便能得到有效的控制這使需要在進行市政道路施工設(shè)計時，要對施工路段進行科學(xué)、合理的地質(zhì)勘測，并對土質(zhì)情況進行采樣分析。唯有如此才能準確分析出此路段是否具備市政道路施工的基本條件的若需在此區(qū)域進行市政道路建設(shè)，則也應(yīng)采取解決和處理路基沉降的方法與技術(shù)，使市政道路的路基施工質(zhì)量得以確保以減少或消除路基沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 采用多種方法預(yù)防沉降問題

（1）深層攪拌樁技術(shù)。在進行市政道路路基施工時，可選用深層攪拌樁技術(shù)進行路基質(zhì)量的提升。首先，應(yīng)選取特定區(qū)域做試樁試驗，并對施工效果進行比對，以此觀測出樁體的沉降情況，其次，是深層攪拌樁技術(shù)與地質(zhì)勘測條件相結(jié)合，從而有效的解決沉降問題。

（2）強夯法。其原理為利用機械落槌將地基土體進行反復(fù)壓密、夯實，使路基的承載力得以顯著提升。施工中要針對圖紙情況將錘重、單擊夯擊能更做出明確計算，隨后，對夯實土體進行細致觀測，并進行初步測試變形模量，以此計算出路基的沉降量，若仍無法滿足路基施工要求，則做繼續(xù)夯實處理。

（3）堆載預(yù)壓處理。該工藝是通過對路基施加一定的荷載，使路基固結(jié)變形，以此提升路基承載力的工藝。應(yīng)用該技術(shù)首先要在對路面進行勘察，分析出路基的沉降量，并以此確定出堆載預(yù)壓所需要的高度及時間。其中，堆載預(yù)壓時間的設(shè)定，需要依據(jù)路堤表面沉降程度為基礎(chǔ)。在對路堤進行填筑作業(yè)后，將路堤自身重力與荷載力進行計算，以此分析出有壓密程度和變形所生成的沉降數(shù)值[3]。

4.3 沉降的施工控制措施

首先，對斷面進行觀測。斷面縱向間距通常小于50 m，若此區(qū)域的地質(zhì)情況較為復(fù)雜，應(yīng)適當加密施測斷面點。其次，測試項目的觀測。此部分應(yīng)重點觀測路堤中心的沉降情況。一方面，若為軟土路基，應(yīng)依據(jù)地基的厚度與所進行回調(diào)壓實土體的高低，在邊坡位置處設(shè)定水平位移的觀測點，另一方面，若非軟土地基，則可通過剖面沉降儀進行斷面的觀測，且需將由混凝土制成的路基觀測樁設(shè)置在路基面中心位置與路肩位置。再次，需要考慮到測量精度問題。尤其在填筑路堤階段，應(yīng)確保每日至少一次的觀測。若在市政道路施工階段，存在停工現(xiàn)象，則應(yīng)確保至少每兩天進行以此觀測，并在施工結(jié)束后，以每周一次的頻率進行繼續(xù)觀測。最后，對沉降程度的預(yù)測。通過對觀測情況的統(tǒng)計與分析，精確計算出產(chǎn)生變形和沉降的位置，并計算出發(fā)生沉降與變形的速率，再以此為基礎(chǔ)，對施工進度進行掌控與設(shè)定。

5 結(jié) 語

要想保證市政道路工程的建設(shè)質(zhì)量，就必須做好軟土地基工程地質(zhì)勘察工作，選擇合適的軟基處理方法，對路堤施工全過程進行動態(tài)控制。還要嚴格按照沉降控制標準來進行設(shè)計和施工，保證路面結(jié)構(gòu)層的厚度，控制工后沉降量，提高軟基處理水平。