城市道路設計與施工中沉降的監測與控制

張 勇

眾所周知，隨著我國城市基礎建設的加快，我國城市建設開始大規模發展，不少城市開始向郊區發展，同時一些城市不得不往軟土地基上進行開發。但是由于軟土地基受自身特點的限制，對道路工程的沉降變形提出了嚴格要求，因此要實現道路軟土地基沉降的目標，加強道路軟土地基沉降的監測與控制已成為道路工程建設的關鍵技術問題。

1 道路軟土地基沉降控制特點

城市道路運行車輛多、速度快、技術標準高、對路基的要求嚴格，控制路基變形和縱向剛度的變化已成為道路的關鍵技術。路基要求按土工構筑物設計，應具有足夠的強度、剛度、穩定性，滿足耐久性要求。其中道路軟土地基沉降控制特點更加嚴格。

1.1 路基變形控制標準高

在軟土地基上施工，其對路基沉降變形是十分敏感的，特別是工后沉降，而軟土地基線路狀態只能通過加固系統進行調整，因此，與其他地基相比，城市道路對軟土地基變形的要求更為嚴格，路基變形控制標準要高。同時隨著線路設計標準的不斷提高，路基的沉降變形標準經歷了認識、實踐、再認識的發展歷程，對沉降控制的要求隨之也在不斷提高。我國擬建的道路軟土地基設計規定，路基工后沉降不得大于30 cm，任意路段20 m長度范圍內的不均勻沉降不得大于20 mm/20 m，這意味著比其他線路路基沉降變形的控制更為嚴格。

1.2 路基強度和剛度要求高

汽車在道路上行駛，其速度越快，要求路基的剛度越大，彈性變形越小。但剛度過大也會使道路振動加大，不能平穩運行，路基剛度的不平順則會給道路造成動態不平順。研究表明由剛度變化引起的道路振動與速度的平方成正比。因此，汽車運行速度越高，要求路基的剛度越大、彈性變形小，在線路縱向做到剛度均勻、變化緩慢、不允許剛度突變。

1.3 路基的長期穩定性要求高

汽車行駛時路基不僅承受附屬構筑物的靜荷載，還要承受汽車荷載的長期反復作用。同時，由于軟土地基直接暴露在自然條件下，需要抵抗氣溫變化、雨雪作用、地震破壞等不良因素的影響。路基工程必須保證在這些條件的長期作用下，其強度不會降低、彈性不會改變、變形不會加大，真正做到長壽命和少維修。當然，也只有在線下工程滿足長期穩定的狀況下，才能確保高速行車，減少維修費用，并增加運行的安全性。

2 道路軟土地基沉降的監測與控制

2.1 道路軟土地基沉降的監測

2.1.1 路基沉降的監測內容

根據不同的路基高度，不同的地基條件，不同的結構部位等具體情況設置沉降監測剖面，且監測范圍應涵蓋所有沉降發生的路基地段。沉降動態變形監測的內容包括路基面沉降監測、路基本體沉降監測、基底沉降監測、深厚層地基分層沉降監測、軟土地基水平位移監測、復合地基加筋應力應變監測共6個方面。路基面監測點是變形監測的重點部位，同時評價沉降的發生與發展規律，預測總沉降量及工后沉降完成時間，還必須在路基填層中以及路基基底布置監測點。

2.1.2 路基沉降的監測要求

沉降監測剖面應根據不同的地基條件，不同的結構部位等具體情況設置，分三個階段進行，第一階段為路基填筑施工期間的監測，主要監測軟土地基填土施工期間地基土的沉降以及路堤坡腳邊樁位移;第二階段為路基填土施工完成后，自然沉落期及擺放期的變形監測，該階段應對路基面沉降、路基填筑部分沉降以及路基基底沉降進行系統的監測，直到工后沉降評估可滿足要求鋪設軟土地基為止;第三階段為試行駛期的監測。路基沉降變形觀測從填筑路基開始，最少時間為6個月。路基施工至基床表層頂面后，先監測半年，根據監測結果，分析評價地基的最終沉降量完成時間，及時調整設計措施使地基處理達到預定的變形控制要求，以確定試行駛期周期，并作為竣工驗交時控制工后沉降量的依據。

2.2 道路軟土地基沉降的控制目標

“工后零沉降”建設是指在道路線下工程的設計、施工和管理中，都要以“工后零沉降”為追求目標。為此在線路上部結構的設計中，我們要對這樣的“小沉降”提供進行調整的手段，并為線下工程的工后沉降規定了一個允許偏差值，作為工程實踐的控制標準，從而在目標和現實之間留下了一定的余地。但是由于道路對軟土地基沉降控制的要求很高，而沉降計算的影響因素很多，沉降控制已完全超出了處理方法的計算精度，因此，規定的工后沉降已不再是最初設計的預留值，而是一個允許出現的誤差值。從某種意義說，道路路基工后沉降實際上是“零”沉降控制基礎上的允許偏差，其關鍵在于將工后沉降限制在可控制和可調整的范圍。

2.3 道路軟土地基沉降的控制措施——水泥注漿技術

水泥砂漿可與粉土、粉黏土進行有效結合，通過水泥的硬化膠結功能，可有效減小粉土、粉黏土的自由膨脹率，減小粉土、粉黏土的膨脹潛勢;同時水泥注漿法施工利于施工面的展開，利用膨脹土間的裂隙，不會產生斷道阻車情況;還有其改良成本較低。但是由于粉土、粉黏土的裂隙分布不均，導致注漿分布不均，注漿壓力控制難以確定;在不中斷行車的情況下，新注入的砂漿難以硬化，汽車通過時易將砂漿擠出;水泥注漿必須先進行鉆孔成孔作業，加大了治理成本。另外粉土、粉黏土在路基不均勻下沉及汽車振動荷載的反復沖擊作用下，易造成封閉層的龜裂，起不到阻水作用，從而使病害得不到徹底根治，也降低了封閉層的整體強度。

2.4 道路軟土地基沉降的控制評定

為保證軟土地基沉降控制質量，除路基填筑質量滿足相應的檢測標準外，試行駛前必須對路基沉降變形是否滿足軟土地基的控制要求進行評估，只有經分析滿足沉降控制標準的地段才可試行駛。各種工后沉降推算方法均是以實測沉降資料為依據，采用數學擬合修正的方法預測總沉降量、沉降速率、沉降趨勢的數學分析方法，其預測精度受數據采集、預測方法、地基土特性等邊界條件影響較大。對預測精度的可靠性可按照以下3個方面進行評估:1)預測前測試數據回歸方程的相關性分析，要求測試數據與擬合求得沉降趨勢線方程的相關系數較大，預測方程方可用于沉降預測;2)預測穩定性驗證，采用已有觀測數據和確定的回歸方程，推測后續一定時間的沉降，當與實測沉降的偏差小于某一數值時，認為預測穩定性較好，精度較高;3)預測準確性要求，認為當預測的時間條件滿足當前荷載水平下沉降變形基本完成的條件，預測才是準確的。而且預測一般需要填土完成后經3個月～6個月荷載穩定的測量數據，根據實測經驗，填土的壓密變形隨土性的不同一般也要經6個月～18個月才能穩定。

[1] 王炳龍，楊龍才，周順華，等.CF樁控制深厚層軟土地基沉降的試驗研究[J].鐵道學報，2006，28(6):112-116.

[2] 白冰耀.夯荷載作用下飽和土層孔隙水壓力簡化計算方法[J].巖石力學與工程學報，2003，22(9):1469-1473.

[3] 李新民.樹立科學發展觀，提高經濟效益[J].鐵道運輸與經濟，2004(8):24.

[4] 陳龍珠，梁發云，丁 屹.變剛度復合地基處理的有限元分析[J].工業建筑，2003，33(11):18-20.

[5] 宰金珉，梅國雄.泊松曲線的特征及其在沉降預測中的應用[J].重慶建筑大學學報，2001，23(1):30-35.