某高速公路軟基預(yù)壓路段工后沉降分析

郭紀康

（廣東省高速公路有限公司）

1 項目概況

1.1 項目介紹

某高速公路路線全長9.232km，設(shè)計速度100km/h，路基寬度26m，按雙向四車道高速公路標準設(shè)計。設(shè)特大橋3004.4m/1 座、大橋1470.76m/4 座、中小橋1470.68m/4 座，涵洞通道19 道；設(shè)互通立交1 處，終點平面交叉1 處；主線收費站1 處，匝道收費站1 處；養(yǎng)護工區(qū)1 處。其中特大橋全長3004.4m，主橋為（38+2×66+38）m 連續(xù)箱梁。

1.2 軟土分布情況

本項目區(qū)特殊性巖土為廣泛分布的流塑狀淤泥質(zhì)土，底面埋深約5.4m～17.2m，厚約5m～15m，軟土發(fā)育，主要分布于魚塘和海濱養(yǎng)殖區(qū)，路基填高4.72m～10.2m，基底為海積淤泥，軟～流塑狀淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土為主，層厚6.0m～17.2m 左右，具有孔隙比大、天然含水量高、力學強度低、壓縮性高的特點，工程地質(zhì)條件較差。

2 路基施工和監(jiān)測情況

2.1 路基施工情況

某高速公路大橋項目于2017 年底開始路基填筑施工，至2019 年4 月底，各軟基路段均已完成等（超）載施工。其中K1+900～K6+320 路段軟基預(yù)壓時間較長，有10～14 個月。

橋頭路段軟基多采用管樁+等載預(yù)壓，或水泥攪拌樁+等載預(yù)壓，一般路堤段采用袋裝砂井+超載預(yù)壓。

2.2 監(jiān)測情況

主線軟土路段已進入了超載預(yù)壓期，主線復(fù)合地基處理橋頭段等載預(yù)壓已超10 個月，各斷面已滿足卸載要求并在6 月份提交了卸載報告；主線袋裝砂井+超載預(yù)壓處理一般路堤段最早進入超載預(yù)壓的近一年，預(yù)壓路段連續(xù)倆月月平均量實測情況如表1。

3 最終沉降量推算方法選取

3.1 增量法

大量工程實踐表明，恒載階段的沉降-時間曲線自拐點B 開始可以采用如下雙曲線方程擬合：

圖1 增量雙曲線法示意圖

式中，

x=tα+tc

tα——時間調(diào)整量；

tc——自拐點B(t0，S0)起算的時間，tc=t－t0。

Sb∞——自拐點B 起算的最終沉降，Sb∞=S∞－S0；

Sbt——自拐點B 起算t 時的沉降，Sbt=St－S0；

k——系數(shù)。

由tc=0 時，Sbt=0 可得：

表1 某高速公路大橋主線袋裝砂井處理路段監(jiān)測成果

因此：

由上式可得：

上式是常見的雙曲線公式，它可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

3.2 全量法

大量工程實踐表明，恒載階段的沉降-時間曲線自拐點B 開始可以采用如下雙曲線方程擬合：

圖2 全量雙曲線法示意圖

式中，

x=tα+t

tα——時間調(diào)整量；

t——自第一級加載起算的時間。

S∞——自第一級加載起算的最終沉降；

St——自第一級加載起算時的沉降。

由t=0 時，St=0 可得：

因此，可以采用圖解法求解，由t、t/S 數(shù)列可以擬合得到擬合直線，其截距和斜率分別是參數(shù)α、b。從而得到：

3.3 TS 法

對全量雙曲線法中tα取0，則雙曲線方程變?yōu)椋?/p>

式中，

t——自第一級荷載施加起算的時間；

S∞——最終沉降；

St——t 時的沉降；

k——為系數(shù)。

因此：

因此，可以采用圖解法求解，由t、Stt 數(shù)列可以擬合得到擬合直線，其斜率和截距分別為S∞、k。

上述各種方法各有優(yōu)缺點，根據(jù)以往的經(jīng)驗，考慮該軟基路段的預(yù)壓時間，結(jié)合本項目工程的實際特點，本次沉降推算采用TS 雙曲線法推算。

4 卸載標準

根據(jù)《某高速公路大橋項目-施工圖設(shè)計》設(shè)計文件要求，卸載標準按設(shè)計要求控制，即填土至預(yù)定高程后，軟土路基應(yīng)盡量保證3（管樁）～12 個（袋裝砂井）月預(yù)壓，路面鋪筑必須待沉降穩(wěn)定后進行，采用雙標準控制：要求推算的工后沉降量小于設(shè)計容許值，同時連續(xù)兩個月觀測的沉降量每月不超過3mm～5mm（即下文的第①種情況在經(jīng)過一定時間預(yù)壓后，若連續(xù)兩個月的觀測的沉降速率小于5mm/月時稱為路基穩(wěn)定，此時方可卸載并開始路面鋪筑)。

根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細則》（JTG/T D31-02－2013）主要參考京津塘高速公路的經(jīng)驗對容許工后沉降進行了規(guī)定，在路面設(shè)計使用年限內(nèi)，容許工后沉降見表2。

表2 容許工后沉降

5 工后沉降推算結(jié)果

本次采用目前采集到的觀測數(shù)據(jù)進行雙曲線法沉降推算，主要包含最終沉降量、工后沉降等，詳細推算結(jié)果參看表3。

根據(jù)工后沉降推算結(jié)果可知：橋臺路段推算出的工后沉降量≤100mm；主線軟基路段除K4+570 和K4+360斷面工后沉降量＞300mm，剩余一般路段均滿足容許工后沉降標準。

必須指出，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性、影響沉降因素的多變性及沉降觀測數(shù)據(jù)的隨機性等客觀因素，都會給沉降預(yù)測結(jié)果帶來一定的誤差。上述推算的最終沉降量和工后沉降，可從宏觀上表明沉降量的相對大小及其發(fā)展趨勢，因此在使用本報告進行決策時要充分考慮以上影響因素。

6 月沉降速率卸載控制值計算

根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細則》（JTG/T D31-02－2013）規(guī)范，結(jié)合我院對軟基處理經(jīng)驗得出：等載沉降速率、填土厚度和超載厚度的關(guān)系，即V=（等載沉降速率×填土厚度）/（填土厚度－超載厚度），推出卸載月沉降速率控制標準值如表4。

根據(jù)月沉降速率卸載控制值的推算，可以得出月沉降速率約≤8.0mm/月時，即可滿足卸載要求。

7 結(jié)論

從表3可以看出利用上述沉降推算方法推算的剩余沉降量，有些監(jiān)測斷面已小于工后沉降指標規(guī)范值，且同時觀測到連續(xù)2 個月的月平均沉降量也≤5mm/月，因此部分一般路基超載預(yù)壓路段已滿足路基穩(wěn)定的卸載要求。

⑴對于主線軟基路段同時滿足以上兩個條件的斷面分為兩種情況：

①K2+480、K3+000、K3+100、K3+200、K3+400、K3+660、K3+814、K4+020、K4+250、K4+450、K5+600、K5+800、K5+900、K6+320 斷面同時滿足小于工后沉降標準規(guī)范值（300mm），且連續(xù)倆月斷面月平均沉降量和連續(xù)倆月測點沉降量小于5mm/月，已滿足設(shè)計方案卸載要求。

表3 某高速公路主線袋裝砂井處理路段后期沉降推算結(jié)果

②K2+680 斷面同時滿足小于工后沉降標準規(guī)范值（300mm），且連續(xù)兩個月斷面月平均沉降量小于5mm/月，但是對應(yīng)于K2+680（左測點（5.3mm）、中測點（4.8mm）和右測點（4.2mm））的單個測點月沉降速率時，雖然左側(cè)點月沉降速率略高于設(shè)計要求的5mm/月，但該斷面平均月沉降速率值滿足設(shè)計要求，也滿足卸載標準（月沉降速率）8.0mm/月的推算標準，該斷面滿足卸載；

表4 卸載月沉降速率成果

⑵對于橋頭復(fù)合地基處理路段斷面累計沉降量較小的K3+030、K3+100、K3+815、K4+680、K5+420，近三個月的月沉降速率小于5mm/月，同時推算的工后沉降量小于工后沉降指標規(guī)范的100mm，速率較小且比較穩(wěn)定，已滿足卸載要求，建議可安排進行卸載施工。

⑶對于主線軟基路段，K4+570 和K4+360 斷面工后沉降量大于工后沉降指標規(guī)范值（300mm），K5+480 和K6+200 斷面月平均沉降值高于5mm/月，四個斷面不滿足卸載要求，建議再預(yù)壓一段時間根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析判斷。