某路堤軟基處理及監測分析

林順琴

(中化地質礦山總局福建地質勘查院 福建福州 350013)

0 引言

堆載預壓法是工程上軟基處理廣泛使用、行之有效的方法[1]，其具有經濟、安全及環保等特點，在工期允許的情況下，線路較長的軟土地基道路可優先考慮使用堆載預壓法進行加固處理[2]。

在軟基處理過程中，由于地質條件等不確定因素影響，單純從理論上很難預測在施工中可能遇到的各種問題，因此在理論分析指導下，有計劃地進行現場工程監測工作十分必要[3]。施工過程中結合監測手段，可確保填筑過程中路基的穩定性；通過分析后期的沉降～時間曲線，可預測工后沉降量，為工程的順利完工提供技術保證[4]。

本文擬通過某路堤軟基處理及其監測分析，再次論證堆載預壓法處理路堤軟基的可行性，并詳細論述其整個操作過程，為同地區同類型軟基處理設計和施工提供參考。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

福州市江陰工業集中區高港大道南段道路工程位于福清市江陰鎮江陰工業集中區南部，北起圣發路，南止港前大道，全長1869.659m，道路紅線寬度36m，全線設計高程為4.03m～5.63m，為城市Ⅱ級主干道，設計時速40km/h。該項目場地地貌類型原為海域、灘涂，為軟土(淤泥、淤泥質土)分布區，軟土厚度約4m～15m。現場地已人工造陸，表層中細砂回填，地形標高1.85m～5.45m，較平坦，局部未填平形成洼地或積水坑，與設計路面標高相比，道路全線尚需進一步回填。該道路路堤采用等載預壓法對軟土層進行加固處理，以滿足路基穩定和工后沉降(路基容許工后沉降為30cm)。

1.2 地質條件

根據現場鉆探揭示及已有地質資料，結合勘察單位提供的土工試驗成果，該場地主要由以下幾個土層組成：

該工程道路沿線場地淺層土工程地質性能差，不宜直接作為天然地基，應采取地基處理、人工加固地基。

該路段軟土層的工程地質特性、物理力學指標如表1所示。

表1 軟土地基物理指標特征值

2 軟基處理方案

2.1 軟基處理方案

堆載預壓法具有施工簡單，處理后沉降均勻，處理效果顯著，造價較低等優點，該工程路堤采取堆載預壓方案進行軟基處理如圖1所示。

圖1 堆載預壓斷面示意圖

該工程采用理正巖土計算6.5PB2版建立了軟土路堤計算模型，地基沉降量計算采用分層總和法，壓縮試驗資料采用e-p曲線，用沉降系數法計算總沉降。沉降計算的壓縮層厚度按計算層底面的附加應力與有效自重應力之比等于0.1控制。對于淺、薄層軟土路段，計算到持力層為止。

該軟土路堤每20m取一個計算剖面，根據每個計算剖面的勘察資料，輸入各土層厚度及力學參數。根據設計路面標高確定堆載高度，該軟土路堤堆載高度0.8m～2.7m，填土容重取18kN/m3。砂墊層鋪設1m；塑料排水板采用梅花型布置，間距1.1m，且穿透淤泥質土進入下臥粉質粘土層1m；堆載兩側采用砂袋反壓護道，反壓寬度為2m。設計堆載時間為270d，固結度達到90%。計算模型如圖2所示。

圖2 理正軟土路堤計算模型示意圖

該軟土路堤施工順序計劃：挖除表層填土 →施工砂墊層→施打塑料排水板→施工盲溝、集水井→鋪設土工格柵→分級加載 →路堤已連續2個月，月沉降量小于5mm后卸載至交工面→路面結構施工。

2.2 監測項目

通過對堆載預壓施工期和預壓期間的路基沉降與穩定動態監測，掌握軟土地基在堆載預壓時的變形規律，控制加載速率，確定預壓時間，確保施工安全和工程質量，達到反饋設計、指導施工的目的。根據設計及有關規范要求，該軟基處理監測內容為：

(1)深層水平位移監測：縱向每100m布設1個斷面，每個斷面2個觀測點，分別位于路基兩側坡腳處。

(2)邊樁水平位移監測：縱向每100m布設1個斷面，每個斷面2個觀測點，分別位于路基兩側坡腳處。

(3)地表沉降監測：縱向每100m布設1個斷面，僅在路堤中心處布設1個觀測點。

監測點埋設位置斷面如圖3所示。

圖3 監測點埋設位置斷面示意圖

3 監測結果分析

3.1 深層水平位移監測分析

該工程共布設測斜管18個斷面，共36孔，編號為X01～X18(左、右)，觀測時位移深度從現有地面起算。由于篇幅有限，本文僅列舉左幅監測數據進行分析。由表2及圖4可知，該軟基處理區加載施工過程中深層土體主要沿垂直于堆載邊界向外側移動。其中在加載初期，土體位移量較大，位移速率較快；隨著堆載的完成，位移速率快速減小。

各測點累計最大

水平位移介于3.36mm～11.41mm之間，最大水平位移X18左測點位于4.0m的深度，其余17個測點最大水平位移都位于0.5m～3.5m的深度處。各測點最大位移速率為0.43～1.71mm/d，均未超過設計允許值5mm/d。在整個加載施工及恒載期間，土體側向水平位移累計量最大為11.41mm(X12左)，相對較小，土體沒有出現明顯滑移現象，表明路堤處于穩定狀態。

圖4 代表性深層水平位移過程曲線圖

3.2 邊樁水平位移監測分析

該路基軟基處理區共布設位移邊樁18個斷面、共36點，編號為B01～B18(左、右)。受場地條件限制，邊樁位移觀測采用極坐標法。路堤左幅各邊樁測點水平位移觀測結果如表3所示。

根據觀測成果，在路堤筑填施工過程中，各測點累計位移量為3.6mm～9.1mm，最大位移速率為0.53～1.41mm/d。加載施工期間，地表水平位移速率較快，位移量較大；隨著堆載的完成，位移速率快速減小。整個筑填期間邊樁累計位移量總體上相對較小，均未超過設計允許值5mm/d，土體沒有出現明顯滑移現象，路基處于穩定狀態。

表3 邊樁水平位移監測結果統計表

3.3 地表沉降監測分析

根據觀測成果，在堆載預壓處理過程中，地表累計沉降量介于108.43mm～475.30mm之間，地表沉降速率在加載的最初1d～3d都相對較大，最大沉降速率達3.468～11.275mm/d，均未超過報警值(15mm/d)。隨著加載結束，沉降速率逐漸減小，在預壓期間，隨著時間的推移，沉降速率越來越小，在預壓后期沉降曲線出現逐漸收斂。各地表沉降觀測點的沉降情況基本相似。代表性斷面堆載-時間-沉降曲線如圖5所示，各沉降點監測結果如表4所示。

表4 地表沉降監測結果統計表

圖5 代表性斷面堆載-時間-沉降曲線圖

3.4 路基最終沉降量及工后沉降量推算

利用地表沉降觀測結果，按雙曲線圖解法[1,5]推算地表最終沉降量。雙曲線法是假定下沉平均速度以雙曲線形式減少的經驗推導法。從填土開始到任意時間t的沉降量St可用下式求得：

(1)

式中：

S0——t時的初始沉降量(mm)，注意要從最后一級恒載穩定時開始計算；

St——t時的沉降量(mm)；

t——經過時間(d)。

α和β用實測值經過回歸求得的兩個常數。

堆載-時間-沉降曲線如圖6所示。

圖6 堆載-時間-沉降曲線圖

根據式(1)可得：

(2)

通過對t/(St-S0)和t的數據進行線性回歸分析，求出α和β，即可根據式(1)求出任意時間的沉降。當t=∞時，最終沉降為：

(3)

雙曲線法擬合直線如圖7所示。

圖7 雙曲線法擬合直線圖

(4)

式中：

△S——工后沉降(mm)；

S∞——最終沉降(mm)；

St——t時的沉降量(mm)。

根據各沉降監測點實測沉降量，推算路基最終沉降量Sf及工后沉降△S結果如表5所示。根據表5可知，路基截止監測結束，各測點推算工后沉降量介于3.11mm～97.63mm之間，均小于本道路項目設計容許工后沉降值300mm。

表5 推算最終沉降量及工后沉降量結果

3.5 路基預壓后期沉降情況

表6 路基預壓截至監測結束前60d沉降量 mm

如表6所示，截止觀測結束，該道路路堤各測點月沉降量為0.71mm～4.75mm，均小于設計月沉降量5mm要求。該道路工程路堤已連續2個月，月沉降量小于5mm，經推算的工后沉降也小于設計容許工后沉降值300mm要求，達到路面鋪筑的設計標準。

4 結論

(1)在堆載預壓過程中，利用現場監測資料有效地控制了加載速率，合理地安排了施工進度。在此期間，軟基未出現明顯滑移現象，確保了路堤在加載過程中的穩定安全。

(2)監測結束時，地表沉降已明顯減小并趨于收斂，沉降變化趨勢與實際經驗相符。

(3)截至監測結束，路堤各測點已連續2個月，月沉降量介于0.71mm～4.75mm之間，均小于5mm；推算工后沉降量介于3.11mm～97.63mm之間，均小于設計容許工后沉降值300mm，已達到路面鋪筑的設計標準。

(4) 結果表明采用堆載預壓法處理路堤軟基是可行的，本文可為同地區同類軟基處理設計和施工提供參考。

[1] 龔曉南. 地基處理手冊(第三版)[M].北京：中國建筑工業出版社,2008.

[2] 王可怡，陶建強. 堆載預壓法在軟弱地基處理中的應用[J].建筑技術，2011，42(2):180-183.

[3] 劉冀. 軟基處理過程監測及工程應用[J].山西建筑，2007,33(7): 133-135.

[4] 駱行文，張華，楊明亮. 高速公路軟基沉降變形監測與控制方法[J].土工基礎，2010，24(5):72-75.

[5] 北京理正軟件股份有限公司.理正巖土軟土地基路堤、堤壩設計軟件使用說明·編制原理[Z].2015.