某高速公路软基预压路段工后沉降分析

郭纪康

（广东省高速公路有限公司）

1 项目概况

1.1 项目介绍

某高速公路路线全长9.232km，设计速度100km/h，路基宽度26m，按双向四车道高速公路标准设计。设特大桥3004.4m/1 座、大桥1470.76m/4 座、中小桥1470.68m/4 座，涵洞通道19 道；设互通立交1 处，终点平面交叉1 处；主线收费站1 处，匝道收费站1 处；养护工区1 处。其中特大桥全长3004.4m，主桥为（38+2×66+38）m 连续箱梁。

1.2 软土分布情况

本项目区特殊性岩土为广泛分布的流塑状淤泥质土，底面埋深约5.4m～17.2m，厚约5m～15m，软土发育，主要分布于鱼塘和海滨养殖区，路基填高4.72m～10.2m，基底为海积淤泥，软～流塑状淤泥质土、粉质粘土为主，层厚6.0m～17.2m 左右，具有孔隙比大、天然含水量高、力学强度低、压缩性高的特点，工程地质条件较差。

2 路基施工和监测情况

2.1 路基施工情况

某高速公路大桥项目于2017 年底开始路基填筑施工，至2019 年4 月底，各软基路段均已完成等（超）载施工。其中K1+900～K6+320 路段软基预压时间较长，有10～14 个月。

桥头路段软基多采用管桩+等载预压，或水泥搅拌桩+等载预压，一般路堤段采用袋装砂井+超载预压。

2.2 监测情况

主线软土路段已进入了超载预压期，主线复合地基处理桥头段等载预压已超10 个月，各断面已满足卸载要求并在6 月份提交了卸载报告；主线袋装砂井+超载预压处理一般路堤段最早进入超载预压的近一年，预压路段连续俩月月平均量实测情况如表1。

3 最终沉降量推算方法选取

3.1 增量法

大量工程实践表明，恒载阶段的沉降-时间曲线自拐点B 开始可以采用如下双曲线方程拟合：

图1 增量双曲线法示意图

式中，

x=tα+tc

tα——时间调整量；

tc——自拐点B(t0，S0)起算的时间，tc=t－t0。

Sb∞——自拐点B 起算的最终沉降，Sb∞=S∞－S0；

Sbt——自拐点B 起算t 时的沉降，Sbt=St－S0；

k——系数。

由tc=0 时，Sbt=0 可得：

表1 某高速公路大桥主线袋装砂井处理路段监测成果

因此：

由上式可得：

上式是常见的双曲线公式，它可以转变为：

3.2 全量法

大量工程实践表明，恒载阶段的沉降-时间曲线自拐点B 开始可以采用如下双曲线方程拟合：

图2 全量双曲线法示意图

式中，

x=tα+t

tα——时间调整量；

t——自第一级加载起算的时间。

S∞——自第一级加载起算的最终沉降；

St——自第一级加载起算时的沉降。

由t=0 时，St=0 可得：

因此，可以采用图解法求解，由t、t/S 数列可以拟合得到拟合直线，其截距和斜率分别是参数α、b。从而得到：

3.3 TS 法

对全量双曲线法中tα取0，则双曲线方程变为：

式中，

t——自第一级荷载施加起算的时间；

S∞——最终沉降；

St——t 时的沉降；

k——为系数。

因此：

因此，可以采用图解法求解，由t、Stt 数列可以拟合得到拟合直线，其斜率和截距分别为S∞、k。

上述各种方法各有优缺点，根据以往的经验，考虑该软基路段的预压时间，结合本项目工程的实际特点，本次沉降推算采用TS 双曲线法推算。

4 卸载标准

根据《某高速公路大桥项目-施工图设计》设计文件要求，卸载标准按设计要求控制，即填土至预定高程后，软土路基应尽量保证3（管桩）～12 个（袋装砂井）月预压，路面铺筑必须待沉降稳定后进行，采用双标准控制：要求推算的工后沉降量小于设计容许值，同时连续两个月观测的沉降量每月不超过3mm～5mm（即下文的第①种情况在经过一定时间预压后，若连续两个月的观测的沉降速率小于5mm/月时称为路基稳定，此时方可卸载并开始路面铺筑)。

根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/T D31-02－2013）主要参考京津塘高速公路的经验对容许工后沉降进行了规定，在路面设计使用年限内，容许工后沉降见表2。

表2 容许工后沉降

5 工后沉降推算结果

本次采用目前采集到的观测数据进行双曲线法沉降推算，主要包含最终沉降量、工后沉降等，详细推算结果参看表3。

根据工后沉降推算结果可知：桥台路段推算出的工后沉降量≤100mm；主线软基路段除K4+570 和K4+360断面工后沉降量＞300mm，剩余一般路段均满足容许工后沉降标准。

必须指出，由于地质条件的复杂性、影响沉降因素的多变性及沉降观测数据的随机性等客观因素，都会给沉降预测结果带来一定的误差。上述推算的最终沉降量和工后沉降，可从宏观上表明沉降量的相对大小及其发展趋势，因此在使用本报告进行决策时要充分考虑以上影响因素。

6 月沉降速率卸载控制值计算

根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/T D31-02－2013）规范，结合我院对软基处理经验得出：等载沉降速率、填土厚度和超载厚度的关系，即V=（等载沉降速率×填土厚度）/（填土厚度－超载厚度），推出卸载月沉降速率控制标准值如表4。

根据月沉降速率卸载控制值的推算，可以得出月沉降速率约≤8.0mm/月时，即可满足卸载要求。

7 结论

从表3可以看出利用上述沉降推算方法推算的剩余沉降量，有些监测断面已小于工后沉降指标规范值，且同时观测到连续2 个月的月平均沉降量也≤5mm/月，因此部分一般路基超载预压路段已满足路基稳定的卸载要求。

⑴对于主线软基路段同时满足以上两个条件的断面分为两种情况：

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 断面同时满足小于工后沉降标准规范值（300mm），且连续俩月断面月平均沉降量和连续俩月测点沉降量小于5mm/月，已满足设计方案卸载要求。

表3 某高速公路主线袋装砂井处理路段后期沉降推算结果

②K2+680 断面同时满足小于工后沉降标准规范值（300mm），且连续两个月断面月平均沉降量小于5mm/月，但是对应于K2+680（左测点（5.3mm）、中测点（4.8mm）和右测点（4.2mm））的单个测点月沉降速率时，虽然左侧点月沉降速率略高于设计要求的5mm/月，但该断面平均月沉降速率值满足设计要求，也满足卸载标准（月沉降速率）8.0mm/月的推算标准，该断面满足卸载；

表4 卸载月沉降速率成果

⑵对于桥头复合地基处理路段断面累计沉降量较小的K3+030、K3+100、K3+815、K4+680、K5+420，近三个月的月沉降速率小于5mm/月，同时推算的工后沉降量小于工后沉降指标规范的100mm，速率较小且比较稳定，已满足卸载要求，建议可安排进行卸载施工。

⑶对于主线软基路段，K4+570 和K4+360 断面工后沉降量大于工后沉降指标规范值（300mm），K5+480 和K6+200 断面月平均沉降值高于5mm/月，四个断面不满足卸载要求，建议再预压一段时间根据监测数据进行分析判断。