濱海新區軟土路基沉降曲線擬合分析

杜立平，劉潤有，段緒斌

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300457）

0 前言

在天津濱海新區軟土地基修筑高等級道路，路基沉降問題十分突出。通常情況下，運用加固土樁+預壓處理軟土路基對于減小工后沉降是比較經濟和實用的方法，但是預壓施工的工期比較長。目前工程中，對于工后沉降的計算基本是采用理正軟件。理正計算軟件是利用分層總和法和太沙基單向固結理論進行計算軟土路基沉降的。但是這兩個理論中的不少假設并不完全符合實際情況，即使沒有假設與實際情況之間的差異，以下兩大因素也會造成計算沉降過程線與實測過程線的差異：

（1）在最終沉降量的計算中，分層總和法只考慮了主固結沉降量的計算，無法考慮瞬時沉降和次固結沉降；而實際工程量測到的地面沉降是瞬時沉降，主固結沉降與次固結沉降之和，因此計算最終沉降量與實際發生的最終沉降量之間存在差異。

（2）對邊界條件的處理。地表的邊界條件，通常根據是否設置透水墊層處理成排水或不排水邊界，下邊界則通常由計算壓縮層厚度來控制，若壓縮層深度范圍內均為粘性土層，且以下仍有深厚粘土層，可把下邊界簡化為不透水層邊界，但自然沉積的土層不都是深厚粘土層，故下邊界的處理難免出現與實際情況不相符的可能，從而造成計算沉積過程線和實測過程線的差異。

由于計算沉降過程線與實測沉降過程線的上述差異，通過已有沉降觀測資料推算實際工程發生沉降量的實用計算方法非常重要。目前用的較多的方法有：三點法、雙曲線法、指數法以及對數法。對于濱海新區加固土樁+預壓處理軟土路基，選出一種合適的擬合實測沉降線的方法有一定的現實意義。

1 曲線方程擬合實測沉降曲線誤差分析

天津濱海新區中央大道二期工程物流中心段，全長4 952 m，本工程地處II4區，沿線為大面積鹽池。鹽池底的土層狀況按照地質勘查報告由上往下分別是：（1）淤泥，淤泥質土，厚度一般在1～2 m；（2）中液限褐黃色粘土層 (俗稱“硬殼層”)，厚度一般在1～2 m；（3）淤泥質中液限粘土層，厚度1～12 m，灰色，軟塑狀態，高壓縮性，承載力在0.06～0.10 MPa；（4）中液限粘土或低液限粘土，厚度6～9 m，含粉砂夾層，軟塑或硬塑狀態，承載力在0.07～0.20 MPa；（5）粉質中液限粘土或粉質低液限粘土，硬塑狀態，承載力0.20～0.40 MPa。

路基多處于潮濕、過濕狀態，必須進行處理。橋頭引路段路基處理形式為釘形水泥土雙向攪拌樁（正三角形布置）+20 cm碎石墊層+一層鋼塑復合凸結點雙向加筋格網+30 cm碎石墊層+戧灰土（10%）80 cm+30 cm碎石墊層+40 cm水泥石灰土（3:5:92），見圖 1。

圖1 軟土路基處理設計

橋頭深層處理段采用超載預壓，超載預壓土方填至路床頂面以上1.8 m。擬合實際沉降線的曲線方程比較多。筆者對天津市濱海新區中央大道二期工程物流中心段10個橋頭釘形雙向水泥攪拌樁處理段沉降觀測數據，運用指數法、雙曲線法、三點法、對數法進行了擬合。中央大道DK10+800實測值及各模型預擬合比較情況見表1。

表1 中央大道DK10+800實測值及各模型擬合值比較

根據表1的數據，在EXCEL中做折線圖，見圖2。

圖2 實測及各模型擬合曲線

天津濱海新區海濱大道、港城大道所處的路基情況和中央大道情況類似。這兩條路的橋頭50 m范圍內采用高壓旋噴樁+預壓處理，預壓土高出路面設計高1 m，屬于超載預壓。超載預壓規范要求是不少于6個月，對海濱大道、港城大道多處橋頭處理段的實測沉降數據運用雙曲線、指數、對數及三點法進行擬合，其中海濱大道K1+640路肩情況見表2。

表2 海濱大道K1+640實測值及各模型擬合值比較

從上述擬合誤差分析可知，在濱海軟土地基上修筑路基，采用加固土樁+預壓處理軟土路基的沉降，雙曲線法擬合的方程和實測沉降量的相對誤差最小。從中央大道、海濱大道、港城大道的其余橋頭沉降曲線擬合也得出了相同的結論。

2 雙曲線法擬合沉降和理正軟件計算沉降比較分析

通常情況下，沉降計算是通過理正軟件計算的。有必要對理正的計算和實測沉降以及雙曲線擬合沉降進行比較分析。

中央大道57號鉆孔地下水位埋深0.5 m，填土高3m，采用欠載預壓3個月處理，預壓土高0.3m。57號鉆孔的地質情況由上而下分別是：0.7 m淤泥，2.68 m粘土，3.68 m粉土，10 m淤泥質土。在57號鉆孔附近K35+400、K35+700兩處的路中、路側布置沉降板，預壓期3個月結束，實測沉降數據、理正計算和雙曲線擬合對比見表3。

表3 擬合結果和理正計算結果比較

樁號后面的 1、2、3表示沉降測試位置，1、2、3分別表示左側、路中、右側，如K35+400-1表示K35+400左側。

從表3可以看出，對于預壓期沉降，理正軟件計算的預壓期沉降比較小。其中理正計算采用微分方程數值法計算的結果比規范平均固結度法的結果理想。

3 結論

本文針對天津濱海新區3條典型道路的橋頭加固土樁的預壓處理段沉降數據，運用誤差分析及數學推導，得出如下結論：

（1）對于濱海新區軟土路基上的加固土樁+預壓處理路段，雙曲線比其余的曲線擬合方法精度高。

（2）預壓期沉降：理正用平均固結度法和微分數值法比實際沉降小很多。理正計算沒有考慮瞬時沉降和次固結沉降。

本文將該方法應用于濱海新區的道路沉降，取得了理想的結果。但是，道路土質、軟土層厚度、施工機械和工藝等對軟土路基沉降都有較大的影響，雙曲線法對別的地區實測沉降擬合是否理想等還有待進一步研究。

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