公路軟土地基沉降監(jiān)測與穩(wěn)定性分析

劉 艷

（山西省公路局 晉城分局，山西 晉城 048026）

0 引言

高速公路屬線形構(gòu)造物，巖土地質(zhì)條件復(fù)雜，其中軟土地基是高速公路常見的地基形式之一。軟土地基穩(wěn)定性、承載能力低，其處治效果關(guān)系到路基的整體穩(wěn)定性，處治不當(dāng)很容易產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致路基產(chǎn)生變形破壞[1]。在路基施工過程中，為了確定沉降變形規(guī)律，選取有代表性的監(jiān)測斷面開展沉降監(jiān)測，通過分析沉降監(jiān)測結(jié)果確定路基的穩(wěn)定性[2-3]。結(jié)合某高速公路軟基處治案例，在施工過程中分別對采用換填法和CFG樁兩種方法處治的軟土地基開展沉降監(jiān)測，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)作為分析路基穩(wěn)定性的主要依據(jù)。

1 工程概況

某高速公路設(shè)計速度100 km/h，路基設(shè)計寬度26 m，采用雙向四車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該項目沿線分布有多處軟土地基，其中K24+426—K28+077段最長，長度為3 651 m，地層主要為黏性土、淤泥質(zhì)土等，天然含水率為30%左右，天然孔隙比0.9左右，地基承載能力低。軟土地層厚度為3～7.5 m，地基下伏基巖主要為三疊系灰?guī)r。該地區(qū)雨季降雨量大，光照充足，植被生長期長，夏季炎熱，全年降雨量在1 300 mm左右。該施工區(qū)域地下水主要為裂隙水，地下水位相對較高，且含水量高。地表水系發(fā)育，雨季沖溝內(nèi)有流水。為了提高軟土地基承載力，根據(jù)軟土層厚度分別采用換填法和CFG法對軟土地基段進行加固處治。

2 軟土地基施工沉降監(jiān)測方案

軟土地基沉降監(jiān)測采用電子水準(zhǔn)儀，按照二等水準(zhǔn)測量方法進行測量?；鶞?zhǔn)樁埋設(shè)在距路堤中線50 m以外的穩(wěn)定地點，防止施工過程中受到施工車輛的破壞?；鶞?zhǔn)樁采用預(yù)制混凝土樁，打入硬土層后在地面澆筑1 m×1 m×0.2 m的觀測平臺，樁頂高出觀測平臺0.15 m。每隔100～200 m設(shè)置一個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面埋設(shè)3個沉降板，對沉降較嚴(yán)重的橋頭、過渡段等適當(dāng)加強觀測。沉降板埋設(shè)應(yīng)保證測量垂直于地面，并布設(shè)顯著標(biāo)志，防止在施工過程中損壞[4]。在路堤填筑過程中，隨著填筑高度的增加接長測桿的高度，并在測桿外部加PVC保護套管。

在路基施工過程中，每填筑一層進行一次沉降觀測，施工暫停期間，沉降監(jiān)測頻率為1次/3 d，如發(fā)現(xiàn)沉降量突然增加或遇惡劣天氣，應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測次數(shù)。路基填筑完成后15 d以內(nèi)，監(jiān)測頻率為1次/3 d；完工后15～30 d，監(jiān)測頻率為1次/7 d；完工后30～90 d，監(jiān)測頻率為1次/15 d；完工后90 d，監(jiān)測頻率為1次/30 d。當(dāng)60 d以內(nèi)路基沉降量低于5 mm時，可判定路基沉降達到穩(wěn)定狀態(tài)，即可停止監(jiān)測。為了掌握路基填筑施工過程中變形情況，合理控制路基變形，在路基填筑施工過程中分別在換填處治和CFG處治路段布置監(jiān)測斷面開展監(jiān)測，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)進行動態(tài)施工管理。

3 軟土地基沉降監(jiān)測結(jié)果與穩(wěn)定性分析

3.1 地基換填處理段沉降監(jiān)測結(jié)果分析

K25+351—K26+298段軟土地基路段路基填筑施工采用分層填筑法，每層填土厚度為30 cm，在路基填筑施工過程中開展沉降監(jiān)測。該段軟土地基厚度較薄，厚度為3～4.1 m，淤泥質(zhì)土下為土質(zhì)較好的粉質(zhì)黏土，采用換填處理。挖除地基上部的淤泥質(zhì)土，然后換填砂礫，選取K25+900監(jiān)測斷面為研究對象，該斷面路基填筑高度為5.9 m。在路基填筑施工過程中，通過布置沉降板，采用水準(zhǔn)測量的方法開展沉降監(jiān)測，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制填筑高度-單次沉降量-時間曲線如圖1所示，繪制累積沉降隨時間變化曲線如圖2所示。

分析圖1和圖2曲線變化趨勢，在沉降監(jiān)測完成后路基沉降基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。分析曲線變化趨勢，在路基填筑施工期間路基沉降量大，在停工期間和完工后沉降量均較小。施工期間的兩次長時間停工期間，單次監(jiān)測沉降量均不超過4 mm，其中最大沉降量為3.9 mm。另外，該監(jiān)測斷面路基沉降速率與路堤填筑速率成正比，路基填筑速度越快，沉降速率越大。在路基填筑施工期間，沉降速率平均為2.95 mm/d左右，而在停工期間路基沉降速率在0.78 mm/d，完工后沉降速率更低。完工后沉降量隨監(jiān)測時間不斷下降，最后累積沉降量基本穩(wěn)定在190 mm，說明軟土地基經(jīng)換填處理后地基承載力明顯提高，在路基填筑完成后逐步達到了穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 K25+900監(jiān)測斷面填筑高度-單次沉降量-時間曲線

圖2 K25+900監(jiān)測斷面累積沉降量隨時間變化曲線

3.2 CFG樁處治路段沉降監(jiān)測結(jié)果分析

K24+426—K25+351段地基軟土層厚度為 6～6.5 m，K26+298—K28+077段地基軟土層相對較厚，為7～7.5 m，按設(shè)計方案采用CFG樁處治。CFG樁為由水泥和粉煤灰作為結(jié)合料，碎石和石屑為骨料，按照設(shè)計配合比加水拌和后采用成樁機械施工后得到的具有一定強度的樁體，與原地基形成復(fù)合地基，可有效提高地基承載力。為了充分發(fā)揮CFG樁的承載能力，在樁頂上部鋪設(shè)碎石褥墊層。兩個路段沉降監(jiān)測結(jié)果類似，選取K24+750斷面和K27+300斷面監(jiān)測結(jié)果作為研究對象，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制填筑高度-單次沉降量-時間曲線如圖3所示，繪制累積沉降隨時間變化曲線如圖4所示。

圖3 兩個監(jiān)測斷面填筑高度-單次沉降量-時間曲線

圖4 兩個監(jiān)測斷面累積沉降量隨時間變化曲線

分析圖 3和圖 4監(jiān)測結(jié)果，K24+750斷面和K27+300斷面沉降變化趨勢在路基填筑施工前期基本一致，在填筑高度達到4.8 m以后K27+300斷面沉降量較K24+750斷面大，兩個斷面沉降速率均為填筑施工期較大，停工期較小，在監(jiān)測結(jié)束后，路基沉降量基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。路基填筑高度達到4.8 m以前，兩個監(jiān)測斷面沉降量和沉降變化速率基本相同，達到4.8 m后K27+300斷面明顯高于K24+750斷面，分析原因是由于該路段軟土層較厚造成的。在路基填筑施工階段，路基沉降量較大，K24+750斷面和K27+300斷面沉降速率分別為3.16 mm/d和3.43 mm/d，停工期間路基沉降速率相對較小，分別為0.85 mm/d和0.94 mm/d。在沉降監(jiān)測完成后，路基沉降變形基本穩(wěn)定，說明采用CFG樁處治后軟基承載力明顯提高，路基穩(wěn)定性良好。

4 結(jié)語

結(jié)合高速公路軟土地基處治案例，為研究軟土地基處治效果，在路基填筑施工過程中分別選取采用換填法和CFG樁兩種方法處治的路段開展沉降監(jiān)測，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，得出以下結(jié)論：

a）通過分析K25+900斷面監(jiān)測結(jié)果，采用換填法處治段軟基在路基填筑施工期間沉降量大，停工期間沉降量小，沉降速率分別為1.10 mm/d和0.78 mm/d，變形監(jiān)測結(jié)束后路基沉降變形基本穩(wěn)定。

b）通過分析K24+750斷面和K27+300斷面監(jiān)測結(jié)果，采用CFG樁處治段軟基也呈現(xiàn)在路基填筑施工期間沉降量大，停工期間沉降量小，且K27+300斷面監(jiān)測由于軟土層較厚，沉降量和沉降速率也較大。施工期間K24+750斷面和K27+300斷面沉降速率分別為3.16 mm/d和3.43 mm/d，停工期間路基沉降速率分別為0.85 mm/d和0.94 mm/d，在變形監(jiān)測結(jié)束后，路基沉降變形基本穩(wěn)定，說明采用CFG樁處治后軟基承載力達到了預(yù)期效果，完工后路基穩(wěn)定性良好。