城市快速路主辅路基不同期堆载条件下沉降分析

□文/徐光辉 张占领 刘丽芬

随着城乡基础设施建设发展，尤其是沿海区域的开发，软土地基区域工程建设已成常态。目前我国软土地基道路常用的处理方式有浅层换填、堆载预压、水泥搅拌桩（高压旋喷桩）、CFG桩、预应力管桩、泡沫轻质土等，其中堆载预压是最为经济、有效的处理方式。

1 堆载预压软土地基处理

堆载预压软土地基处理是排水固结法地基处理的一种，是在现状软土地基表层土基础上逐步附加填土荷载直至所附加的填土荷载≥后期设计使用荷载，通过该外部附加的填土荷载增加不良软土地基的有效土应力，使软土中的孔隙水通过排水通道不断排出，最终软土固结、超孔隙水压力消失、地基承载力提高、工后沉降减少，达到软土地基处理目的[1]。堆载预压软土地基设计主要包含预压系统和排水系统，只有预压系统、排水系统二者合理搭配，才能完成土体固结，达到软土地基处理目的[2]。堆载预压软土地基的预压系统为施工预压期外部所附加的填土荷载；排水系统主要包括竖向排水系统袋装砂井或排水板及水平排水系统砂垫层、盲沟等。见图1。

图1 堆载预压地基处理系统

要加速土体固结、缩短施工预压工期，主要是提高预压系统的预压荷载和改良排水系统，但预压荷载的提高往往就是实际工程大量的超载预压，其不仅带来工程造价的提高，还容易造成土体环境污染，甚至降低堆载土体稳定性；因此改良排水系统是提高堆载预压地基处理效果，缩短施工预压期的首选。根据太沙基一维固结理论，土体固结的时间与排水通道长度二次方成正比[3]。因此保持堆载预压排水系统顺畅，从而缩短排水通道长度是改良排水系统的首选。

目前常规的改良排水系统通道主要是基于沉降盆理论，通过加大水平向排水砂垫层的横坡及纵向盲沟来保持堆载预压施工沉降期的排水通道畅通；但随着工程规模扩大化、工程管理分工细化、工程建设分期、征拆难度影响等，常导致大规模的主辅路工程不能同步施工或仅局部段可以同步施工或主辅路基同一断面含堆载和复合地基处理方式。主辅路施工时间差、同一断面不同软基处理方式将导致主辅砂垫层后期标高差变化，常用的通过增大砂垫层横坡难以保持施工预压期排水通道的一直畅通，影响堆载预压软基处理效果、增加预压工期。因此如何针对主辅堆载预压非同步施工或同一断面含堆载和复合地基不同处理方式情况改良排水系统，保持排水系统通畅成为该条件下堆载预压软土地基处理关键和难点。

2 工程概况

广佛江快速通道江门段辅道工程新会段主辅路基标准段总宽为80 m，其中主路路基宽35 m，侧分带宽3～6.5 m，辅道半幅路基宽16 m。

线路现状为种植园、鱼塘、沟渠，场地地貌单元属风化残丘地貌及三角洲冲积平原地貌，全线不良地质主要为海陆交互相淤泥、淤泥质土层构成的软土，淤泥、淤泥质土层标高0.5～-34.5 m，层厚4.0～28.0 m，均厚约15.0 m；除局部特殊段采用复合地基处理方式外，其他均采用堆载预压软基处理。

3 工程特点及重难点

主路为一级公路、辅路为城市次干路，分别隶属不同政府部门管辖，不同设计院设计。根据原设计意图，堆载预压段主辅同步施工，主辅间通过60 cm砂垫层连通，砂垫层坡度2%～3%，主路为超载1.5 m预压，辅道为等载预压。经计算，若主辅同步施工，考虑道路横坡、砂垫层厚度影响，整个施工堆载预压期的沉降盆均能保证砂垫层连通，保持排水通畅。见图2。

图2 主辅堆载预压地基处理横断面

因征地拆迁进度不同，导致主路先于辅道施工，局部段因边界条件限制，主路采用超载预压，辅道为CFG桩复合地基处理。见图3。

图3 主路堆载预压+辅道CFG桩地基处理横断面

第三方沉降监测数据显示，上述两种特点条件下主路沉降具有明显偏小或收敛性差，堆载工期需延长。

4 沉降存在的问题

根据现场踏勘、施工记录、建设单位反馈，结合第三方监测数据，通过分层总和法计算主固结沉降量，采用太沙基固结理论计算地基平均固路基度，双曲线拟合法计算最终沉降量，对全线主辅均堆载预压段进行统计分析[4～5]。主辅路基未能按原设计同步施工段及主路采用超载预压+辅道为CFG桩地基处理段的主路第三方监测沉降累计值、收敛性与常规堆载预压土力学理论、原设计存在较大出入。由于篇幅限制，本文仅选取沉降偏小路段K34+685～K34+985及沉降不收敛段K39+085～K39+100进行分析。

4.1 沉降偏小段

该段软土层厚约14 m，主路超载预压填土高度约3 m，辅道等载预压填土高度约2 m。见图4。

图4 显示，主路预压已达恒载约3月，主路沉降约89 cm，沉降速度1～3 mm/d，收敛趋势不明显。预压时间明显长于设计预压期。

经复核，该监测数据比原设计同期预测沉降量偏小。见表1。

表1 主路沉降量对比 cm

4.2 沉降不收敛段

主路超载预压，超载高度1.5 m，填土高约5.5 m；两侧辅道CFG桩。见图5。

图5 K39+100沉降-时间-荷载曲线

图5 中，达到恒载后6月沉降仍持续发展，沉降速度1～2 mm/d，但无衰减趋势，无收敛性。

5 问题分析及建议措施

5.1 沉降偏小段

第三方监测在K34+950布置的孔隙水压力消散曲线，见图6。

图6 K34+950超孔压消散曲线

由图6 看出，超孔隙水压力随着上部荷载大小而变化，加载时超孔隙水压力升高，静压期超孔隙水压力逐渐减小且已基本消散完，其变化规律符合土力学理论。但根据理论分析，结合本项目其他孔位超孔隙水压力图类比，其超孔隙水压力消减速率较慢。

造成该现象可能由于主辅路堆载预压未同步施工且主路超载预压，施工预压后期主辅间砂垫层标高错位或连通性差，导致排水通道不畅，超孔隙水压力释放速率慢，降低沉降速率，延长了堆载预压期。

建议继续加强观测，为缩短工期可适当增加荷载超载预压。

5.2 沉降不收敛段

根据监测数据、设计文件及施工记录分析，造成该现象可能由于主路堆载预压沉降较大，两侧辅道CFG桩处理沉降较小，导致主辅间排水砂垫层出现竖向高差错位，排水通道不畅，影响超孔隙水压力释放速率及沉降速度。

建议继续观测，为缩短堆载工期，可增加超载土方再预压一段时间后卸载。

6 结语

由于本项目堆载预压已达恒载，不便大面积开挖确定砂垫层连通性，对本次分析带来一定局限性，望后续项目有望继续分析、探讨。

鉴于本项目上述已获得的基础资料及理论分析，建议对于后续类似项目在水平向排水通道方面进行如下改善：根据主辅路地质条件、设计边界条件计算预压期主辅路最终沉降差及描绘沉降盆，在主辅路间设置一定厚度的纵向排水沟并间隔设置集水井并确保整个堆载预压期沉降差小于纵向排水沟高度，纵向排水沟两侧主辅砂垫层与其一直连通，保持水平排水通道砂垫层的畅通。