濱海相淤泥質軟土路基差異沉降控制

萬明棟,陳 帥

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610213)

東南沿海地區分布著大量的濱海相淤泥質軟土，這些軟土具有含水率高、壓縮系數大、滲透系數小、靈敏度高、強度低和厚度不均等特點[1]。在這類軟土上修建公路經常會出現地基承載力不足、沉降過大、沉降不均勻等問題，不利于工程建設。所以在軟土地基上進行公路建設，需要在正式施工前進行地基加固處理[2-4]。

但公路軟土地基處理[5]常根據路段性質不同而采用不同軟土地基處理方法，而不同軟基處理方法處理的高速公路深厚軟基其工后沉降不一致，即產生差異沉降[6-7]。過大的差異沉降會導致上覆路面的瀝青或水泥混凝土面層產生附加彎拉應力，加劇路面結構的破壞[8]，宏觀表現即為路面產生橫向裂縫和行車的橋頭跳車,極大地影響路面的使用功能[9]。

1 軟土路基差異沉降計算

本文依托萬松東路延伸工程進行監測工作，萬松東路延伸工程位于浙江省溫州市瑞安市境內，全長約4.64 km，標準路幅寬60～70 m，路基寬度76 m，雙向8車道(設置輔道形式)，為城市主干道、設計車速為50 km/h，新建15座橋梁。一般路段路基碾壓采用藍派沖擊碾壓法(共沖碾兩次)；路橋過渡段路基采用預應力管樁對軟土路基進行加固處理，道路全線最小縱坡為0.3 %，最大縱坡為2.0 %，最短坡長為130 m，最長坡長為392.198 m，縱斷面技術指標均滿足規范要求。

根據試驗路段的自然條件和現場施工的情況，選擇了兩個有代表性斷面進行現場監測，K1+900為沖擊碾壓斷面，K2+50為管樁處理斷面。對沖擊碾壓處理斷面(K1+900)進行沉降計算，該路段路堤設計高度為3.0 m，使用荷載約為60 kPa,路堤設計頂寬70.0 m，路堤邊坡坡度:1∶1。由于經過沖擊碾壓處理可對路基的固結效應進行部分消除[10-13]，減少路基的工后沉降，本文通過分層總和法進行路基在施工期的沉降計算，得到結果如圖1所示。

圖1為沉降隨時間變化的曲線，實線為監測值，虛線部分為預測值?？梢钥吹诫S時間增加在初始階段沉降量產生了較大的增加，即隨著每次沖擊碾壓及路堤的填筑路基都會發生較大的沉降，隨著時間的增加，沉降量隨時間的增長速率逐漸減小，即路基工后沉降逐漸趨于穩定。

圖1 沉降-時間關系曲線

通過預測該斷面在施工期間總的沉降量約為804.9 mm，并預測該斷面的最終沉降量為1 718.6 mm。

本文使用理正軟件對管樁處理斷面(k2+50)的沉降進行計算，得到路基的最終沉降量為35 mm。

萬松東路延伸工程的竣工時間約為2020年初，由此計算得到路基的工后沉降量如表1所示。

表1 不同處理方式下道路最終工后沉降量 mm

通過對比沖擊碾壓區域及管樁處理區域的工后沉降，發現沖擊碾壓路段施工過后沉降量過大，遠超容許工后沉降值不大于0.3 m，且與路橋過渡段(管樁加固區域)沉降量相差較大，兩種路基處理方式之間差異沉降達到878.7 mm。因此需要對不同路基處理方式之間的差異沉降進行控制，以防止道路發生嚴重的差異沉降，會對行車交通產生巨大的影響。

2 軟土路基差異沉降控制

2.1 預拋高法沉降控制方案

預拋高是指在路基填筑到路床頂面至路面通車后若干年這段時間內，根據實測的荷載-時間-沉降曲線預測路基沉降量，并將此沉降量預先填筑在路基上，以延緩過渡段沉降，確保路基施工工期、工后沉降及工程質量滿足規范要求。預拋高控制技術因其方便施工設計的優勢被許多道路工程所采用。由于缺陷責任期時間為兩年，因此可以采用預拋高方法滿足缺陷責任期要求。

沉平控制時間是指在設置路堤預拋高后,此時路面實際高程大于設計高程,在通車后某一控制時刻,路面高程下沉到設計高程[14]。一般情況下，預拋高設計以通車后2 a作為沉平控制時間(表2),路堤預拋高按下式計算：

ha=stc-st0

(5)

式中：ha為路堤的預拋高量；stc為沉平控制時間內的預測沉降；st0為 道路竣工的預測沉降。

表2 通車2年內道路工后沉降 mm

由此計算道路取沉平控制時間為2 a時預拋高量約為220 mm，并設置過渡段20 m，坡率1∶1000。通過計算可以得到竣工至通車5 a內發生的沉降約低于300 mm，即在此方案下5 a內可以保證道路沉降量滿足規范要求。

2.2 堆載預壓法沉降控制方案

由于本文所述施工路段目前還沒有進行路面材料的鋪設，因此，本文使用堆載預壓的方法對路基的工后沉降進行控制。因為在堆載預壓的地基處理中，隨著超載量的增加，路基的最終沉降量增長幅度較小，然而公路施工期內發生的沉降總量逐步增大，而且增加速度比較快；且隨著超載量的增加，工后沉降逐漸變小[15]。

因此本節通過取不同的超載量分別進行計算，以確定一個較為合適的超載量進行預壓。計劃使用現場附近取土場和路塹挖方棄土，超載量分別取0.5 m(10 kPa)、1 m(20 kPa)，1.5 m(30 kPa)，2 m(40 kPa)，根據工期設置預壓時間8個月，模擬一般道路的加載過程，卸除多余荷載至設計路床高程所需時間為10 d，維持路床高程預壓1個月后，用40 d完成路面的加載工作。由于場地限制，無法埋設塑料排水板。

根據JTJ017-96《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》、JTG D30-2004《公路路基設計規范》等規范，工程一般取工程竣工至15 a內發生的沉降作為工后沉降的取至標準。由此計算路基在不同超載情況下工后沉降如圖2所示。

圖2 工后沉降隨超載量變化曲線

由圖2可知，工后沉降隨超載量的增加而逐漸減小。且由圖可知，超載高度為5 m約100 kPa時，工后沉降量約為378.7 mm，仍超出容許沉降值。若要使工后沉降符合容許沉降值，則超載量過大，容易造成失穩。通過觀察載量與工后沉降關系曲線發現超載量超過2.5 m時，工后沉降變化不大。因此沖擊碾壓路段沉降控制方案可設置為：超載量2.5 m(50 kPa)，根據工期設置預壓時間8個月。通過計算可以得到竣工至通車7 a內發生的沉降約298 mm，即在此方案下7年內可以保證道路沉降量滿足規范要求。

3 結束語

(1)通過分層總和法對沖擊碾壓處理斷面及管樁處理斷面進行沉降預測，發現沖擊碾壓路段施工過后沉降量過大，遠超容許工后沉降值；對比沖擊碾壓處理斷面及管樁處理斷面的沉降量，發現沖擊碾壓路段施工過后沉降量過大，遠超路橋過渡段(管樁加固區域)沉降量，即兩種路基處理方式之間存在較大差異沉降。

(2)兩種路基處理方式之間存在較大差異沉降，計劃采用預拋高方法滿足缺陷責任期要求，即取沉平控制時間為2 a時，預拋高量約為220 mm，再設置過渡段20 m,坡率1∶1000。

(3)使用堆載預壓的方法對路基的工后沉降進行控制，通過控制超載量來尋找較為合適的堆載預壓方案。通過計算得到沖擊碾壓路段沉降控制方案為：超載量2.5 m(50 kPa)，根據工期設置預壓時間8個月。通過計算可以得到此方案下竣工至通車7 a內發生的沉降約298 mm。