沿海地区某高填路堤沉降规律研究

尹贯需 万 省

(河北建设集团有限公司，河北保定 071000)

1 工程概况

某高速公路主线长63.673 km，连接线长1.309 km。主线采用双向六车道高速公路标准设计，设计时速120 km/h，路基宽度34.5 m;全线共设互通式立交5座，分离式立交8座，天桥6座，特大桥1座、大桥9座、中桥33座、小桥30座、通道17座。由于全线地下水埋藏较浅，公路经过地层大部分有软土或软弱土。

全线填高大于5 m的路段共有约18 km，在基准期结束时，根据实际观测可以看出沉降较大，平均达到了15 cm，有的路段最大沉降已经达到了31.8 cm。

对截止2008年7月4日的沉降观测数据的统计分析见表1。

表1 沉降观测数据统计分析

1)沉降不稳定的断面占39%，其中月沉降量大于9 mm的断面数占22.5%。2)在填高不小于5 m的观测断面中，月沉降量大于9 mm的断面数占27%。3)在填高小于5 m的观测断面中，月沉降量大于9 mm的断面数占20%。由于工期紧，施工速度过快，填土速率未得到有效控制，施工中曾多次发生过路堤纵向开裂及滑塌。K39+790～K39+920段路基滑塌，滑塌路基最大坍塌高度达2.3 m，两侧便道向外侧滑移达3.3 m，施工便道及外侧苇塘均向上涌起1.0 m，K39+900涵洞中间沉降缝发生开裂，最大缝宽约40 cm，塌陷路段塑料排水板段为78 m，占塌陷路段60%，水泥搅拌桩段为52 m，占塌陷路段40%。

2 岩土工程条件

该分段微地貌形态属于大陆停滞水堆积地貌(属沼泽地)，地势低洼，稍有起伏，地面高程在0.44 m～2.25 m之间，部分段落有地表积水，地下水位埋藏很浅。具体地质情况如下:低液限粘土，土质稍均匀，切面稍粗糙，含少量粉粒，褐黄色，软塑状，层厚0.7 m～3.3 m;下部为低液限粘土，土质稍均匀，切面稍粗糙，含少量粉粒，褐灰色，软塑状。根据地质钻探、标准贯入试验、双桥静力触探实验及室内试验结果，按其物理、力学指标主要划分为六层，见表2。

表2 土层参数表

3 计算原理

本次沉降计算采用北京理正公司开发的理正岩土软件，根据所给路段参数，对填高大于5 m的路段利用理正岩土软件，运用分层总和法原理进行沉降计算。

3.1 分层总和法的基本假设

地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力。在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标。

为了弥补假设所引起的误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降。

3.2 单一压缩土层的沉降计算

在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。土层竖向应力由P1增加到P2，引起孔隙比从e1减小到e2，竖向应力增量为ΔP，如图1所示。

图1 单—压缩土层沉降计算

由于:

所以，

3.3 单向压缩分层总和法

分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量Δsi，基础的平均沉降量s等于Δsi的总和。

εi土的压缩应变:

其中，e1i为由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比;e2i为由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比。

4 沉降分析与计算

4.1 沉降计算

下面以唐曹高速K39+900剖面为依据进行计算分析。此处路堤填料为粉煤灰。地下水位为－0.5 m，地基处理方式为搅拌桩处理，搅拌桩按正三角形布置，桩径d=0.5 m，处理深度hV=8.5 m，处理长度 l=64 m，总长度 lt=20 644 m，处理宽度 hW=62.5 m，处理面积S=4 000 m2，桩间距 d0=1.2 m ～1.5 m，桩间距由密到疏进行渐变，水泥掺入量为加固土体质量的15%;水灰比0.5。根据实际地质勘测资料，将实际的地层进行简化，得到以下的地基原始参数(见表3～表5)。

表3 路堤填料参数表

表4 水泥搅拌桩参数表

表5 地基土层原始参数表

基准期开始时刻:最后一级加载(路面施工)结束时刻。考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为9.225 m。路面竣工时，地基沉降为0.075 m。基准期内的残余沉降为0.004 m。基准期结束时，地基沉降为0.080 m。最终地基总沉降为1.200×0.235=0.283 m。

4.2 参数敏感性分析

4.2.1 路堤填料的参数敏感性分析

1)c值对路基沉降的影响。假定剖面的γ，φ值固定，改变c值，得到以下的沉降值(见表6)。2)φ值对滑坡稳定性的影响。假定剖面的γ，c值固定，改变φ值，得到以下的沉降值(见表7)。3)γ值对路基沉降的影响。假定剖面的c，φ值固定，改变γ值，得到以下的沉降值(见表8)。

表6 c取不同值时所对应的沉降值

表7 φ取不同值时所对应的沉降值

表8 γ取不同值时所对应的沉降值

4.2.2 地基土层的参数敏感性分析

地基土性质比较复杂，影响因素众多，我们只对以下参数进行分析:

1)压缩模量对沉降的影响。假定剖面的γ，φ，c值固定，改变固结系数值，得到以下沉降值(见表9)。2)竖向固结系数对沉降的影响。假定剖面的γ，φ，c，水平固结系数、压缩模量值固定，改变竖向固结系数值，得到以下沉降值(见表10)。3)水平固结系数对沉降的影响。假定剖面的γ，φ，c，竖向固结系数、压缩模量值固定，改变水平固结系数值，得到以下沉降值(见表11)。

表9 不同压缩模量所对应的沉降值

表10 不同竖向固结系数所对应的沉降值

表11 不同水平固结系数所对应的沉降值

5 结语

根据沉降计算分析，可以看出影响地基沉降的因素有多种，包括土层的压缩模量，固结系数，土层的性质及各层土厚度，地基的处理方式及路基的填筑材料等。通过大量的计算及结果分析可以得出，路基填料的粘聚力、内摩擦角对路基沉降影响不明显，而沉降随填料重度的增加而逐渐增加。对于经过排水板+预压的地基，土层的固结系数对沉降的大小影响较为明显。而对于搅拌桩、旋喷桩、冲击碾压及抛石挤淤处理的地基压缩模量对其沉降的影响较为明显，固结系数对沉降的影响不大。同时采用抛石挤淤方法进行处理的路段沉降较大的桩号比例较高。

通过计算结果与实际观测的比较可以看出，沉降的计算值与观测值基本吻合。但是由于工期紧，填土速率未能很好的控制，所以地基基准期沉降仅为地基最终沉降量的50%左右，因此路基沉降很不稳定。如果要在此基础上施工，必须对不稳定的路段进行必要的处理，才能达到安全行车的要求。

［1］JTJ 017-96，公路软土地基路堤设计与施工规范［S］.

［2］赵九斋.连云港软土路基沉降研究［J］.岩土工程学报，2000(22):8-11.

［3］张诚厚，袁文明，戴济群.高速公路软基处理［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［4］M Lombardi.Optimization of uncertain structures using non-probabilistic models［J］.Computers ＆ Structures，1998，67(1):99-103.