軟土地基沉降分析

李婷婷

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 北京市 570100)

0 引言

隨著我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，交通量不斷增大，許多已建路基開始出現(xiàn)沉降病害[1-3]，特別是軟土路基，造成路面不平整，嚴(yán)重影響道路行車性能，埋下安全隱患，且減少了道路的使用壽命。作為道路結(jié)構(gòu)中最常見的病害，路基沉降主要是由地基土自重應(yīng)力以及附加應(yīng)力引起的固結(jié)壓縮變形和路基自身自重應(yīng)力以及車輛荷載附加應(yīng)力的壓縮變形[4]。為有效減小軟土路基沉降，確定合理高效的軟土路基處理方法，依托白駒大道軟土路基改造工程，使用理正軟土地基路基設(shè)計(jì)軟件，建立不同填土材料及高度、水泥攪拌樁樁長(zhǎng)的路基模型，開展軟土路基沉降影響性分析，揭示軟土路基沉降影響規(guī)律，為類似工程設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)參考。

1 工程概況

白駒大道改造及東延長(zhǎng)線工程項(xiàng)目西起于白駒大道與瓊山大道交叉口，路線走向沿現(xiàn)狀白駒大道東延約2.3km至現(xiàn)狀大昌路口后，繼續(xù)東延約4.7km至小燕尾村附近，然后往北偏移與在建江東大道二期K7+562.316處相交，并繼續(xù)北延至現(xiàn)狀桂林洋防潮堤，道路全長(zhǎng)8632.633m，其中K0+000～K2+300段為現(xiàn)狀白駒大道改造工程，K2+300～K8+632.633段為新建道路工程。本工程場(chǎng)地范圍特殊性巖土主要為人工填土、軟土。

本項(xiàng)目K0+000～K2+220段白駒大道改造基本沿現(xiàn)狀道路走向，路基采用兩側(cè)加寬方案，現(xiàn)狀路基為漿砌片石護(hù)坡，拆除原漿砌片石護(hù)坡，并清除表面土層后進(jìn)行路基拼寬。根據(jù)地勘報(bào)告，部分路段表層種植土、雜填土及表層軟弱土厚度約為0.6～2.5m，均分布在自然地面線下面2.5m內(nèi)范圍，且地下水位較高，故采用換填法處理，清除約40cm表層土，挖除現(xiàn)狀地面表層軟弱土后回填一定厚度的未篩分碎石。

根據(jù)地勘報(bào)告，路基下部有淤泥夾層，采用水泥攪拌樁方案對(duì)路基進(jìn)行處理，清表后的自然地面作為工作面，有水塘的部分，還應(yīng)挖除1m左右淤泥，然后開始水泥攪拌樁施工。水泥攪拌樁進(jìn)入持力層不小于0.5m，水泥攪拌樁樁徑為0.5m，樁間距1.0m/1.2m，正三角形布置，樁頂墊層采用級(jí)配良好的碎石墊層，厚50cm，墊層上加鋪雙向80kN/m玻纖土工格柵(雙層)。K2+790段北側(cè)有110kV高壓線橫跨道路，經(jīng)協(xié)調(diào)后，遷移難度較大，因此根據(jù)現(xiàn)狀實(shí)際情況對(duì)高壓線路以北276.7m2區(qū)域范圍軟基處理方式采取高壓旋噴樁處理。高壓旋噴樁樁徑為50cm，間距為120cm，布置方式為梅花樁布置。

2 軟土路基沉降影響分析

2.1 沉降計(jì)算方法

白駒大道改造工程軟土地基采用水泥攪拌樁處理，樁徑500mm，采用三角形布置，樁徑和樁長(zhǎng)根據(jù)沿線地層地質(zhì)分布及路基路面設(shè)計(jì)情況設(shè)計(jì)，樁徑分為1m和1.2m，樁長(zhǎng)在7～19m范圍取值。使用理正軟土地基路基設(shè)計(jì)軟件(6.0版)進(jìn)行路基計(jì)算，沉降計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 沉降計(jì)算簡(jiǎn)圖

針對(duì)橋臺(tái)與路堤相鄰處路基設(shè)計(jì)及土層參數(shù)，開展地基處理參數(shù)影響性分析。

2.2 填土高度影響

填土高度影響地基附加應(yīng)力大小，因此，填土高度是地基沉降的主要影響因素之一。依托該工程，模擬不同填土高度，計(jì)算工后沉降。計(jì)算結(jié)果見圖2。

圖2 填土高度影響

從圖2可見，填土高度越大，地基沉降越大，且沉降增長(zhǎng)率隨著填土高度加大而加大，當(dāng)填土高度由5m增加至25m，地基沉降由70.58mm增加至138.13mm，增加了95.7%，這表明填土高度對(duì)路基沉降影響較大，這是由于填土高度越大，土層附加應(yīng)力越大，造成沉降越大，工程中不能無限增加路基填筑高度來滿足高程要求。

此外，根據(jù)規(guī)范要求：橋臺(tái)與路堤相鄰處地基沉降不應(yīng)超過100mm，故此位置填土高度宜盡量控制在15m以內(nèi)。

2.3 水泥攪拌樁樁長(zhǎng)影響

水泥攪拌樁樁長(zhǎng)影響土層剛度，是地基處理效果的主要參數(shù)。依托該工程，模擬不同樁長(zhǎng)，計(jì)算工后沉降。計(jì)算結(jié)果見圖3。

圖3 樁長(zhǎng)影響

從圖3可見，水泥攪拌樁樁長(zhǎng)越大，地基沉降越小，但沉降變化率隨著樁長(zhǎng)繼續(xù)加大而有所降低，當(dāng)樁長(zhǎng)由5m增加至25m，地基沉降由138.58mm增加至59.13mm，減小了57.33%，這表明樁長(zhǎng)對(duì)路基沉降影響較大，但當(dāng)樁長(zhǎng)增加至一定值時(shí)，改變樁長(zhǎng)對(duì)減小沉降的效果不再明顯，工程中不能無限增加樁長(zhǎng)來減小沉降，而應(yīng)結(jié)合土層分布情況設(shè)計(jì)。

此外，根據(jù)規(guī)范要求，橋臺(tái)與路堤相鄰處地基沉降不應(yīng)超過100mm，故此位置樁長(zhǎng)需大于10m。

2.4 水泥攪拌樁樁距影響

水泥攪拌樁樁距也會(huì)影響土層整體剛度，繼而影響地基處理效果。依托該工程，模擬不同樁距，計(jì)算工后沉降。計(jì)算結(jié)果見圖4。

從圖4可見，樁距越大，地基沉降越大，當(dāng)樁距由0.8m增加至1.6m，地基沉降由63.28mm增加至82.13mm，增加了28.8%，這表明樁距對(duì)路基沉降又有一定影響，但敏感性小于填土高度和樁長(zhǎng)。

圖4 樁距影響

3 軟土路基沉降計(jì)算

根據(jù)《白駒大道改造及東延長(zhǎng)線項(xiàng)目詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報(bào)告》，對(duì)工程沿線水泥攪拌樁加固后的地基進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1，本工程水泥攪拌樁樁徑均設(shè)計(jì)為0.5m，均采用三角形布置。

表1 沿線各水泥攪拌樁處理后沉降

以K0+801.00～K0+861.00段為例，給出沉降計(jì)算過程?；A(chǔ)類型為矩形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深0.5m，基礎(chǔ)寬度和長(zhǎng)度均為10m，基礎(chǔ)覆土容重20kN/m3，豎向荷載6750kN。地下水埋深4.3m，壓縮層到地面的距離為23.6m，沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0.4，處理土層分5層土，各土層參數(shù)見表2。表2中，原始土層承載力特征值、原始土層壓縮模量來自地基勘測(cè)設(shè)計(jì)資料，樁間土承載力特征值依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2012)7.1.5條計(jì)算確定，復(fù)合地基壓縮模量確定依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)7.2.12條計(jì)算確定，原始土層壓力擴(kuò)散角依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)5.2.7條計(jì)算確定，復(fù)合地基壓力擴(kuò)散角按照在上一層的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的原則計(jì)算。

表2 處理土層參數(shù)

壓縮層厚度23.1m，基礎(chǔ)寬度10m，△z取1m，沉降差0.74mm，沉降總和166.44mm。沉降差0.74≤0.025×166.44=4.16mm，沉降計(jì)算深度滿足規(guī)范要求。采用分層總和法進(jìn)行沉降計(jì)算[5]，本項(xiàng)目沉降計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 沉降計(jì)算

壓縮模量當(dāng)量值為3.789MPa，總沉降量為0.4×166.44=66.58mm。根據(jù)規(guī)范相關(guān)要求：橋臺(tái)與路堤相鄰處沉降<100mm。

綜上所述，經(jīng)過水泥攪拌樁處理后的地基沉降滿足要求。

4 結(jié)語

(1)填土高度越大，地基沉降越大，當(dāng)填土高度由5m增加至25m，地基沉降增加了95.7%，沉降增長(zhǎng)率隨著填土高度加大而加大，工程中不能無限增加路基填筑高度來滿足高程要求，依托工程橋臺(tái)與路堤相鄰處填土高度宜盡量控制在15m以內(nèi)。

(2)水泥攪拌樁樁長(zhǎng)越大，地基沉降越小，但沉降變化率隨著樁長(zhǎng)繼續(xù)加大而有所降低，樁長(zhǎng)對(duì)路基沉降影響較大，當(dāng)樁長(zhǎng)由5m增加至25m，地基沉降減小了57.33%。當(dāng)樁長(zhǎng)增加至一定值時(shí)，改變樁長(zhǎng)對(duì)減小沉降的效果不再明顯，工程中不能無限增加樁長(zhǎng)來減小沉降，而應(yīng)結(jié)合土層分布情況設(shè)計(jì)。依托工程橋臺(tái)與路堤相鄰處水泥攪拌樁樁長(zhǎng)需大于10m。

(3)樁距越大，地基沉降越大，當(dāng)樁距由0.8m增加至1.6m，地基沉降增加了28.8%，樁距對(duì)路基沉降的影響小于填土高度和樁長(zhǎng)。

(4)經(jīng)水泥攪拌樁處理后，白駒大道改造及東延長(zhǎng)線工程項(xiàng)目沿線軟土地基沉降均能滿足規(guī)范要求。