某高速公路軟土路基施工動態控制

周大勇

1 概述

某高速公路設計工期2006年9月開始底基層施工,2007年10月下旬完成路面施工。因征地、拆遷和資金在2005年上半年緊張及合格填料不足等原因,使施工工期滯后,至2006年3月底需預壓的路段僅有16.6%進入預壓期。控制工期的是塑料排水板及不處理12個月預壓期的路基,其預壓期已不能滿足設計要求,為保證2007年10月下旬完成路面施工,對加載預壓進行動態調整,以期在基本保證預壓效果的前提下能合理縮短預壓期。

結果表明這一措施取得了明顯成功,本文就預壓動態調整的技術及方法進行論述,供同行參考。當然,成功縮短工期還采取其他一些動態調整措施,鑒于篇幅的關系,不在此贅述。

2 工程概況

某沿海高速公路長102 km,軟土地基處理占74.6 km,占全線73.1%。其地基中③1淤泥質黏土和亞黏土層,是其主要軟弱土層和壓縮層,廣泛分布于平原區上部,灰色、深灰色、青灰色,飽和,流塑,多呈層狀,夾薄層亞砂土,含腐殖質及少量貝殼碎片,局部為淤泥。④4′淤泥質黏土和亞黏土層,是第二層軟弱土層和壓縮層,分布于平原區上部,為④4層的相變層,灰色、深灰色,飽和,流塑,具沉積層理,含腐殖質,偶見貝殼碎片。軟土孔隙比1.047～1.210,壓縮系數 0.53 MPa-1～0.87 MPa-1,一般均有20 m～25 m的深厚軟土,最深厚處可達34 m～47 m。

軟土地基處理設計采用了塑料排水板、水泥攪拌樁、預應力管樁、筒樁、Y形樁、碎石注漿樁、貧混凝土樁 7種地基處理方法。

3 沉降現狀

從當時沉降速率分析來看,塑料排水板處理段落其沉降量或沉降速率都比其他處理方式要大,2006年3月底,塑料排水板處理段落日沉降速率最大均值為3.48 mm/d,月沉降速率最大均值為83.31 mm/月。塑料排水板及不處理路基的預壓期控制著整個工程的工期。

4 加載預壓動態調整

針對路基施工進度落后的局面,為保證按2007年10月下旬路面施工完成應注意兩點:1)要加緊路堤的填筑;2)要對施工落后及不滿足工后沉降的路基在設計地基處理的基礎上再超載來加快沉降,欠載變等載、等載變超載、超載變超超載,用荷載換時間,以縮短預壓期。

4.1 加載預壓高度的確定

1)路堤施工已到達路床頂面的段落加載預壓高度的確定。

根據實測沉降曲線進行擬合反分析地基參數,估算后期沉降量,驗算在原設計加載高度作用下需要的預壓時間,檢驗是否能夠滿足實際施工工期總體目標的要求。

采用基于固結度普遍式的指數模型進行反分析及預測:

其中,U為地基固結度;α,β均為與地基固結特性有關的參數;t為時間。

多級荷載下的模型在相對坐標系中表示為:

經實測沉降曲線擬合表明,上述指數模型的擬合情況較好,根據已到達路床頂觀測點的擬合預測,總結出了該高速公路的加載高度的估算式如下:

其中,S填筑期為填筑期擬合沉降量;H預壓為估算預壓期的加載高度;2.5～4.5為經驗系數,軟基厚度小于10 m,等載和欠載預壓段取小值,軟基厚度10 m～40 m和超載預壓段取大值。

2)路堤施工尚未到達路床頂面,可按沉降速率法判斷后估算加載高度。

Ⅰ類:估算沉降量小于40 cm～50 cm的軟土路段,凡在接近路床頂面實測沉降速率小于5 mm/月段落,按原設計,不增加加載高度。

Ⅱ類:凡接近路床頂面所測沉降速率0 mm/月～6 mm/月段落,對于一般路堤,可直接按原設計進入堆載預壓期。對于橋頭路堤(以路床頂面高程控制),應按1.0 m～1.5 m的高度加載后方能進入預壓期,應對照原設計加載高度進行補足。

Ⅲ類:凡接近路床頂面所測沉降速率21 mm/月～30 mm/月段落,對一般路堤按0.5 m～1.0 m的高度加載,對橋頭段路堤應按1.5 m～2.0 m的高度加載,開始進入預壓期。

Ⅳ類:凡接近路床頂面所測沉降速率大于31 mm/月段落,分別對一般路堤按1.0 m～1.5 m的高度加載,對橋頭段路堤應按2.0 m～2.5 m的高度加載,開始進入預壓期。

3)路堤尚未施工的路段,可參考相鄰類似地基處理、軟土深度、厚度和堤高,進行類比確定加載高度。

4)橋頭、箱頭等構筑物間距小于200 m的段落,等超載處理,以提高路面平順度,提高行車舒適性。

5)管樁、攪拌樁等復合地基與塑料排水板處理段的交接處,等超載處理,減小沉降差,防止后期橫向裂縫的出現。

4.2 動態調整增加加載量及實施

經計算加載增量109 m3計180.9萬t,涉及加載段落498段,長度45.0 km。施工單位按加載方案及時組織了實施。

5 效果

原設計加載預壓方案,根據當時施工進度及后期施工計劃,經實測沉降曲線擬合預測預壓時間和卸載時間,全線尚需平均預壓7.4個月至2007年3月止。進行增加預壓高度后,全線平均預壓3.5個月至2006年11月中旬止,縮短預壓時間3.9個月,其中橋頭箱通(涵)段落縮短3.2個月,為底基層、基層施工爭取了寶貴的時間,為2007年按期施工面層奠定了基礎。

2007年年底,該高速公路已順利建成通車,達到了預期的效果,取得了較好的社會及經濟效益。

[1] 王小龍.淺析軟土路基沉降動態觀測[J].山西建筑,2009,35(3):271-272.