某公路工程項目分級填筑路堤階段的沉降期控制分析

摘要 某公路工程遭遇灘涂軟土，為保證路基結構穩(wěn)定性和路面服役耐久性，擬采用5級路堤填筑方案控制路基沉降?；诖?，該文章以現場沉降觀測數據為依據，結合雙曲線沉降預測法，建立了路基沉降擬合曲線，預測了各級路堤的沉降及側向位移發(fā)展趨勢，確定了每級填筑沉降期的最佳時長，通過理論指導路基填筑施工，有效保證了各級軟土路堤的固結性，旨在為同類工程施工提供有益參考。

關鍵詞 公路工程；分級填筑路堤；雙曲線沉降預測法；沉降期

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0095-03

0 引言

公路工程建設階段，軟土路基沉降控制質量是影響公路工程施工整體質量的核心因素，故路基填筑施工多采用分級填筑的施工方法。軟土路基分級填筑施工過程中，常采用現場監(jiān)測的方法得到路基沉降數據，并以此為依據建立路基沉降的擬合曲線，用于預測各級填筑路基的地基沉降期，保證各級路基的固結性?；诖?，該文運用雙曲線沉降預測法，對某公路工程軟土路基填筑沉降期進行計算，用以指導路堤填筑施工，對提升軟土路基施工質量具有重要意義。

1 雙曲線沉降預測法及沉降期求解理論

基于實際檢測數據，運用雙曲線預測法建立的路基沉降預測擬合曲線，見圖1所示。其中AB段代表軟土路基路堤填筑施工階段，隨著路堤填筑的進行，地基荷載持續(xù)增大，路基沉降較快，且沉降值變化幅度較大。B點為路堤填筑施工分割點，此后路堤填筑施工完成，地基上部荷載不再增加，故此可用B點之后的曲線預測路基沉降趨勢，符合公式（1）的雙曲線形式。

圖1 填筑路堤時地基沉降數據擬合

S=S+（t?t）/[α+β（t?t）] （1）

式中：S——初始沉降值（mm），即填筑施工結束時觀測到的實際監(jiān)測沉降值；S——路基在t時刻發(fā)生的沉降值（mm）；t——起點時間，即路堤填筑施工完成時間（d）；α、β為路基沉降監(jiān)測值通過曲線回歸計算所得的系數。

在實際施工階段，系數α、β通常采用沉降初期的沉降數據計算，如圖2中BC段。對公式（1）進行等價變換，得到公式（2）：

（t?t）/（S?S）=α+β（t?t） （2）

式中（t?t）/（S?S）、（t?t）均為已知量，即數據均可直接代入實際監(jiān)測數據得出，僅α、β為未知量。將BC段路基沉降數據代入式（2）可得到一條回歸直線，其截距即為α，斜率即為β，如圖2所示。將所求的α、β代入式（1），所得的公式即為雙曲線沉降預測公式。路基完全固結后，S——累積沉降（mm），可由式（3）計算：

S=S+1/β （3）

在路堤荷載作用下，路堤中心地基上表面部位，地基出現最大沉降，故對地基進行沉降預測時，應以該處沉降位移監(jiān)測值擬合沉降預測曲線，并計算地基沉降期。當地基沉降量達到累積總沉降的95%時，地基沉降區(qū)域穩(wěn)定，故以路基沉降95%時的沉降量值為標準沉降量Sm，見式（4），地基達到該沉降量的時間定義為標準沉降時間，記為tm。

S=S×95% （4）

路堤沉降期計算流程如下：1）根據監(jiān)測場地實際條件，選擇10個沉降觀測點，將各觀測點沉降數據YQyphomHbHizTFd7JWTkhi3PKEN4+6rR8xI21hiU74Y=代入公式（2），得到一條回歸直線，計算α、β，若α、β均大于0.97，則進行下一步計算，否則應增加數據點；2）將前一步驟計算得到的β代入式（3），算得累積沉降S，再將S代入式（4），算得標準沉降量Sm；3）將α、β代入式（1），再代入前一步驟計算所得的S，即可算得標準沉降時間tm。

根據上述定義，tm為理論沉降穩(wěn)定時間，其結果的可靠性，可根據下述標準綜合判定：

（1）基于實際施工經驗，架設tm時刻對應的實際沉降值為S，則必須滿足S>Sm；

（2）地基側向位移變化隨地基深度變化趨勢，必須呈先增后減的變化趨勢，且其位移最大值發(fā)生于坡腳某深度位置處，其t時刻對應的最大位移為B，必須滿足B≤5 mm/d。

若上述兩條件可同時滿足，則認為所得tm結果可靠，該級路堤已固結穩(wěn)定，可開展后續(xù)路堤施工；反之，則繼續(xù)等待ta d，待S>Sm且B≤5 mm/d，則沉降期截止時間為（t+t） d。

2 分級填筑路堤控制流程

路堤分階填筑施工流程如圖3所示。

3 工程應用

某公路為東南某沿海省份市際高速，沿線穿越灘涂軟土，地質勘測報告顯示，該路段軟質土層最大厚度為23.5 m，土層分布上部為淤泥、粉質黏土，下伏中風化砂巖。地基軟土采用排水固結法進行排水加固，路堤設計標高為6.6 m，分5級填筑。

3.1 現場監(jiān)測布置

現場分別采用沉降管和水平測斜儀監(jiān)測地基沉降和側向變形位移，監(jiān)測布置見圖4所示。

3.2 各級填筑沉降期計算

3.2.1 第一次填筑

案例工程軟基首階路堤填筑厚度為0.8 m，路堤填筑施工階段及填筑后地基沉降監(jiān)測數據如圖5（a）所示。結合圖5及上述分析可知，第一級路堤填筑后地基沉降起始時間t0=4 d，該時間段對應的地基初始沉降量為S=136.26 mm，將1C-1D數據代入式（2），得到圖5（b），可算得該路堤填筑階段對應的α=0.110 2，β=0.018。

將數據依次代入式（3）、（4），可算得S=191.82 mm、S=182.22 mm，將結果代入式（1），可算得第一級路堤填筑對應的標準沉降時間t=33 d，該時間對應的地基實際沉降值為S=184.34 mm>Sm。

由圖5（c）可知，第一級路堤填筑后，地表下9.5 m出現最大側向位移，t對應的坡腳位移速度為B=0.9 mm/d≤5 mm/d。

由以上分析可知，t=33 d時，對應的S=184.34 mm>S且Bi=0.9 mm/d≤5 mm/d，可知第一級路堤填筑33 d后，地基已充分固結，可繼續(xù)下一級路堤施工，其沉降期為33 d。

3.2.2 第二次至第五次填筑

第二級路堤填筑厚度為1.35 m，其施工節(jié)段為35～45 d，路基沉降及側向位移數據采集時間節(jié)段為46～55 d，對應的S=435.5 mm，t=46 d。將第二級路堤填后地基沉降監(jiān)測數據代入式（2），算得α=0.263 8，β=0.014 1。將數據依次代入式（3）、（4），可算得第二級路堤填筑后地基最終沉降量和標準沉降分別為S=506.42 mm、S=481.1 mm，將結果代入式（1），可算得該級對應的標準沉降時間為t=80 d，該時間對應的沉降量監(jiān)測值為S=486.74 mm>S=481.1 mm，對應的路堤坡腳最大側向位移B=1.2 mm/d≤5 mm/d，故該級路堤沉降期為46～80 d。第81 d路基已基本固結，可開展下一級路堤施工。

第三級路堤填筑厚度為1.25 m，其施工節(jié)段為81～110 d，路基沉降及側向位移數據采集時間節(jié)段為111～121 d，對應的S=636.2 mm，t=111 d。將三級路堤填筑后地基沉降監(jiān)測數據代入式（2），算得α=0.650 2，β=0.017 6。將數據依次代入式（3）、（4），可算得第二級路堤填筑后地基最終沉降量和標準沉降分別為S=690.82 mm、S=656.28 mm，將結果代入式（1），可算得該級對應的標準沉降時間為t=131 d，該時間對應的沉降量監(jiān)測值為S=659.64 mm>S=656.28 mm，對應的路堤坡腳最大側向位移B=3.2 mm/d≤5m m/d，故該級路堤沉降期為111～131 d。第132 d路基已基本固結，可開展下一級路堤施工。

第四級路堤填筑厚度為1.8 m，其施工節(jié)段為132～163 d，路基沉降及側向位移數據采集時間節(jié)段為164～173 d，對應的S0=867.9 mm，t0=164 d；可算得α=0.695 1，β=0.012 5；Sf=943.11 mm，Sm=895.95 mm，tm=193 d，該時間對應的Sm1=896.15 mm>Sm=895.95 mm，Bi=3.8 mm/d≤5 mm/d，故該級路堤沉降期為164～193 d。第132 d路基已基本固結，可開展下一級路堤施工。

第五級路堤填筑厚度為1.4 m，其施工節(jié)段為194～206 d，路基沉降及側向位移數據采集時間節(jié)段為207～213 d，對應的S=1 017.1 mm，t=207 d；可算得α=0.439 6，β=0.015 9；S=1 077.72 mm，S=1 023.83 mm，t=306 d，該時間對應的S=1 028.29 mm>S=1 023.83 mm，故該級路堤沉降期為207～306 d。第306 d時，路基填筑施工全部完工且已充分固結，可進行下一道工序施工。5級路堤填筑對應的各級填高-沉降-時間圖如圖6所示。

4 結語

綜上所述，該文以實體工程為依托，運用實地監(jiān)測結合雙曲線沉降預測法，確定了該工程5級路堤填筑施工階段每級填筑路堤的最優(yōu)沉降期，有效保證了路堤施工質量。雙曲線沉降預測法以標準沉降時間對應地基地表最大沉降位移和坡腳最大側向位移為控制變量，克服了以往地基沉降預測方法的不足，提升了各級填筑路堤的穩(wěn)定性和固結性，為后續(xù)道路服役耐久性奠定了良好的基礎。

參考文獻

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