堆載預壓下道路軟土地基路堤形變量預測研究

田家凱　梁紹巍

摘要 堆載預壓過程中的形變量監控及預測是軟基處理沉降觀測、預警、固結卸載的重要手段。文章結合堆載預壓處理軟土地基路堤實例及實測數據，探討軟基處理后數據監測、形變量預測方法，并通過雙曲線模型推算路堤最終形變量和工后沉降變化量，為沉降穩定趨勢和土方卸載提供支撐，為相關工程提供數據參考。

關鍵詞 堆載預壓;軟土地基;路堤;形變量;預測

中圖分類號 U418.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0157-03

序言

塑料排水板堆載預壓法在濱海地區深厚淤泥、淤泥質土的軟土地基處理中，能夠通過豎向及橫向排水通道不斷排出孔隙水，加快土體固結，對路基的沉降穩定效果較好。目前，常用的預測方法有雙曲線法、三點法、淺崗法、泊松法等[1-2]，經過實驗對比，雙曲線法的預測結果較為保守，在實際工程應用中較為安全[2-3]，該文通過現場測點布設、實測監測、沉降數據采集，對雙曲線法的形變預測及工后沉降分析進行研究。

1 工程概況及巖土層地質特性

某道路項目道路等級為城市快速路，瀝青路面，路面結構設計使用年限15年。項目場地的地貌單元屬沖積平原，試驗段道路周邊以農田、魚塘及養殖場為主，穿越地勢起伏不大，路堤為主，軟土地基處理采用塑料排水板堆載預壓法。

場地不良地質作用主要表現為存在流塑、高含水量、高壓縮性的軟土層，具易觸變、承載力低、工程物理力學性質差等特點。特殊性巖土分以下2類：

（1）填土。場地表層存在填土層，其土質極不均勻、具濕陷性、低強度、穩定性差，為場地不穩定軟弱土層，潛在著水土流失、不均勻沉降等不良地質作用。

（2）淤泥、淤泥質土。場地軟土主要存在流塑狀淤泥、淤泥質土，屬高壓縮性土，工程力學強度低，在上部荷載作用下，容易引起地基過大沉降和不均勻沉降，而且受振動荷載（或地震）作用下易產生側向滑動及震陷現象，從而使地基失穩或沉陷。

場地地下水呈層狀分布，屬淺循環水。地下水水位升降受氣候降雨條件及季節性影響不大。

2 軟土地基形變量測點布設

為了對道路路堤形變量進行測量，并控制施工過程中的填土速度，為后續形變量預測提供更多的數據支持，該工程沿道路縱向每隔100 m定義一個觀測橫斷面，觀測橫斷面的形變量監測采用接桿式觀測標，觀測標由長100 cm，直徑25～40 mm的鋼管和500 mm×500 mm×

10 mm的鋼板（沉降板）組成，配備若干50 cm接長桿。

每個觀測斷面設置2組沉降板，每組3塊，在道路中心線向道路外側6 m、16 m、36 m布置。沉降板應放置在上層碎石墊層的底面，即排水板施工面。

埋好穩定后測初始標高，下次測量時根據標高差，求得該階段的形變量。當填土達到一定高度后需要接管時，首先測下面鋼管的頂面標高，計算出形變量，然后接管并測出接管后的頂面標高作為初始標高。隨著填土的增高，循序逐節升高，重復上述測量工作。

同時，為了進一步提高后續形變量預測結果的精度，還可在同一觀測斷面道路中心線向道路外側2 m處設置電磁式分層沉降儀，對形變量進行監測[4]。儀器埋設前，按照沉降環設計標高或依據加固區土層的實際情況將每一個沉降環固定在連接好的引導管上。每個沉降環下端距引導管接頭距離應大于該沉降環的預估沉降量，防止沉降環沉降過大碰到接頭處被卡住，影響觀測質量。

測點命名編號原則：道路里程+測點類型+測點左右幅位置+測點編號。例如C0100CR1，其中，“C0100”表示道路樁號CK0+100，第二個“C”表示類型為地基沉降測點，“R”表示徹測點位置為道路右幅（“L”表示徹測點位置為道路左幅），最后的“1”為地基沉降測點的順序編號，由路中向道路兩側分別編號1、2、3、……。

3 基于雙曲線模型的路堤最終形變量推算

基于堆載預壓作用下路堤沉降板與分層沉降儀觀測數值，依據《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/T D31—02—2013）8.8章節相關規定，引入雙曲線模型[5]，分析推算路堤最終形變量。經驗雙曲線法假定路堤形變的平均速度會按照雙曲線的趨勢不斷減小，趨于平緩穩定，通過曲線的趨勢模擬能夠推算出未來任意時刻及最終的路堤形變量。

（1）根據施工過程監測數據，通過雙曲線擬合公式，得出：和曲線圖。

（1）

式中，——擬合計算起始點參考點的形變量;

——擬合計算起始點參考點的觀測時間;

——擬合曲線上任意一點的形變量;

——擬合曲線上任意一點的觀測時間;

——根據沉降板與分層沉降儀實際監測數據，根據式（1）得出一條近似的直線，并進一步計算得出的該直線的截距和斜率。

和理論曲線圖如圖1：

（2）將式（1）改寫形式：

（2）

由式（2）可以看出分別是和關系曲線中的截距和斜率，可以用圖解法求出。將求出的、、帶入式（2）即可計算出任意時刻t的預估形變量。

（3）當=∞時，可以求解最終的路堤形變量：

（3）

4 形變量數據采集

道路軟基處理采用塑料排水板堆載預壓法，堆載料已滿載，進入恒載期。在該工程測量斷面中，選擇某一節點作為測量點，針對該節點在6個月時間當中的路堤形變量進行連續采集。

利用Trimble（天寶）DINI03高精度電子水準儀進行軟土地基沉降監測，儀器精度為0.3 mm/km;利用泰瑞科TRC-GC-02A分層沉降儀進行深層分層沉降監測，精度1.0 mm。

路堤形變量公式如下：

實驗中測量點上的路堤形變量=軟土地基初始狀態下的路堤高度?恒載一定時間后路基路堤高度。

5 形變量預測分析

選取相鄰的2個觀測斷面，左右幅共計12個測點的連續采集數據，繪制累計形變量曲線圖。由圖2可以看出路基形變量的整體趨勢：沉降板測點在堆載期間開始出現下沉變形，由于堆載速度的控制變形速率較小，當達到滿載后，形變速率逐漸增大，滿載后1～2個月變形速率達到最大，曲線出現陡降趨勢，當達到第3個月左右時速率已經出現收斂，第4～6個月區間變形趨于平緩。分層沉降形變量與地基沉降基本相同，最后2個月變形已較為平穩。

根據形變量數據，采用雙曲線模型法對12個測點分別進行最終路堤形變量預測。在分別選取相鄰2個觀測斷面C0100、C0200，取C0100斷面靠近路中的左右幅1號測點，取C0200斷面靠近路外的左右幅3號測點，共4個測點，進行預測說明。

5.1 斷面1左幅測點C0100CL1

采用沉降觀測后的第99天～第189天之間的觀測數據，建立曲線擬合方程。取=99 d，=1.690 0 m，繪制和關系曲線圖，如圖3所示。確定曲線方程參數=42.101，=2.346 6。相應的曲線方程為：

根據式（2）和式（3）計算15年后累計沉降量為?2.114 7 m，工后沉降變化量為?83.9 mm。

5.2 斷面1右幅測點C0100CR1

采用沉降觀測后的第99天～第189天之間的觀測數據，建立曲線擬合方程。取=99 d，=1.534 7 m，繪制和關系曲線圖，如圖4所示。確定曲線方程參數=44.9，=2.760 8。相應的曲線方程為：

根據式（2）和式（3）計算15年后累計沉降量為?1.896 8 m，工后沉降變化量為?66.5 mm。

5.3 斷面2左幅測點C0200CL3

采用沉降觀測后的第99天～第189天之間的觀測數據，建立曲線擬合方程。取=99 d，=1.543 3 m，繪制和關系曲線圖，如圖5所示。確定曲線方程參數=42.068，=2.292 3。相應的曲線方程為：

根據式（2）和式（3）計算15年后累計沉降量為?1.978 1 m，工后沉降變化量為?88.1 mm。

5.4 斷面2右幅測點C0200CR3

采用沉降觀測后的第99天～第189天之間的觀測數據，建立曲線擬合方程。取=99 d，=1.719 7 m， 繪制和關系曲線圖，如圖6所示。確定曲線方程參數=36.154，=2.604 2。相應的曲線方程為：

根據式（2）和式（3）計算15年后累計沉降量為?2.102 7 m，工后沉降變化量為?61.5 mm。

經所有測點預測，15年工后沉降變化量61.5～

120.3 mm，并能夠滿足連續兩個月觀測的沉降量每月不超過5 mm，路堤形變趨于穩定，可以滿足卸載條件。

6 總結

該文依托道路項目實例以及形變量監控數據，闡述雙曲線模型法在堆載預壓下道路的軟土地基路堤形變量預測中的實際應用。形變量監控及預測是軟基處理沉降觀測、預警的重要手段，可以控制堆載料的填筑速率、推算堆載料土石方工程量，并通過擬合曲線推算最終形變量和工后沉降變化量，直觀反映堆載預壓處理效果，為卸載提供數據支撐。同時，應注重數據采集的準確、連續、完整，能夠動態反映現場情況，為預測提供依據。

參考文獻

[1]韓寶寧. 塑料排水板堆載預壓沉降預測方法研究[J]. 珠江水運， 2020（3）： 24-26.

[2]鄧禮久， 金亮星， 羅嘉金， 等. 塑料排水板堆載預壓法處理軟基的固結效果[J]. 鐵道科學與工程學報， 2013（3）： 68-72.

[3]歐陽輝. 基于曲線擬合法的軟基沉降預測研究[J]. 路基工程， 2009（2）： 109-110.

[4]吳興正. 堆載預壓下高速公路軟土地基路堤形變量預測研究[J]. 建設科技， 2021（22）： 94-96.

[5]公路軟土地基路堤設計與施工技術細則： JTG/TD31—02—2013[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.

收稿日期：2022-03-14

作者簡介：田家凱（1990—），男，碩士研究生，工程師，從事路橋設計工作。