滨海相淤泥质软土路基差异沉降控制

2020-07-18万明栋

四川建筑 2020年3期

万明栋,陈帅

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都 610213)

东南沿海地区分布着大量的滨海相淤泥质软土，这些软土具有含水率高、压缩系数大、渗透系数小、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点[1]。在这类软土上修建公路经常会出现地基承载力不足、沉降过大、沉降不均匀等问题，不利于工程建设。所以在软土地基上进行公路建设，需要在正式施工前进行地基加固处理[2-4]。

但公路软土地基处理[5]常根据路段性质不同而采用不同软土地基处理方法，而不同软基处理方法处理的高速公路深厚软基其工后沉降不一致，即产生差异沉降[6-7]。过大的差异沉降会导致上覆路面的沥青或水泥混凝土面层产生附加弯拉应力，加剧路面结构的破坏[8]，宏观表现即为路面产生横向裂缝和行车的桥头跳车,极大地影响路面的使用功能[9]。

1 软土路基差异沉降计算

本文依托万松东路延伸工程进行监测工作，万松东路延伸工程位于浙江省温州市瑞安市境内，全长约4.64 km，标准路幅宽60～70 m，路基宽度76 m，双向8车道(设置辅道形式)，为城市主干道、设计车速为50 km/h，新建15座桥梁。一般路段路基碾压采用蓝派冲击碾压法(共冲碾两次)；路桥过渡段路基采用预应力管桩对软土路基进行加固处理，道路全线最小纵坡为0.3 %，最大纵坡为2.0 %，最短坡长为130 m，最长坡长为392.198 m，纵断面技术指标均满足规范要求。

根据试验路段的自然条件和现场施工的情况，选择了两个有代表性断面进行现场监测，K1+900为冲击碾压断面，K2+50为管桩处理断面。对冲击碾压处理断面(K1+900)进行沉降计算，该路段路堤设计高度为3.0 m，使用荷载约为60 kPa,路堤设计顶宽70.0 m，路堤边坡坡度:1∶1。由于经过冲击碾压处理可对路基的固结效应进行部分消除[10-13]，减少路基的工后沉降，本文通过分层总和法进行路基在施工期的沉降计算，得到结果如图1所示。

图1为沉降随时间变化的曲线，实线为监测值，虚线部分为预测值。可以看到随时间增加在初始阶段沉降量产生了较大的增加，即随着每次冲击碾压及路堤的填筑路基都会发生较大的沉降，随着时间的增加，沉降量随时间的增长速率逐渐减小，即路基工后沉降逐渐趋于稳定。

图1 沉降-时间关系曲线

通过预测该断面在施工期间总的沉降量约为804.9 mm，并预测该断面的最终沉降量为1 718.6 mm。

本文使用理正软件对管桩处理断面(k2+50)的沉降进行计算，得到路基的最终沉降量为35 mm。

万松东路延伸工程的竣工时间约为2020年初，由此计算得到路基的工后沉降量如表1所示。

表1 不同处理方式下道路最终工后沉降量 mm

通过对比冲击碾压区域及管桩处理区域的工后沉降，发现冲击碾压路段施工过后沉降量过大，远超容许工后沉降值不大于0.3 m，且与路桥过渡段(管桩加固区域)沉降量相差较大，两种路基处理方式之间差异沉降达到878.7 mm。因此需要对不同路基处理方式之间的差异沉降进行控制，以防止道路发生严重的差异沉降，会对行车交通产生巨大的影响。

2 软土路基差异沉降控制

2.1 预抛高法沉降控制方案

预抛高是指在路基填筑到路床顶面至路面通车后若干年这段时间内，根据实测的荷载-时间-沉降曲线预测路基沉降量，并将此沉降量预先填筑在路基上，以延缓过渡段沉降，确保路基施工工期、工后沉降及工程质量满足规范要求。预抛高控制技术因其方便施工设计的优势被许多道路工程所采用。由于缺陷责任期时间为两年，因此可以采用预抛高方法满足缺陷责任期要求。

沉平控制时间是指在设置路堤预抛高后,此时路面实际高程大于设计高程,在通车后某一控制时刻,路面高程下沉到设计高程[14]。一般情况下，预抛高设计以通车后2 a作为沉平控制时间(表2),路堤预抛高按下式计算：

ha=stc-st0

(5)

式中：ha为路堤的预抛高量；stc为沉平控制时间内的预测沉降；st0为道路竣工的预测沉降。

表2 通车2年内道路工后沉降 mm

由此计算道路取沉平控制时间为2 a时预抛高量约为220 mm，并设置过渡段20 m，坡率1∶1000。通过计算可以得到竣工至通车5 a内发生的沉降约低于300 mm，即在此方案下5 a内可以保证道路沉降量满足规范要求。

2.2 堆载预压法沉降控制方案

由于本文所述施工路段目前还没有进行路面材料的铺设，因此，本文使用堆载预压的方法对路基的工后沉降进行控制。因为在堆载预压的地基处理中，随着超载量的增加，路基的最终沉降量增长幅度较小，然而公路施工期内发生的沉降总量逐步增大，而且增加速度比较快；且随着超载量的增加，工后沉降逐渐变小[15]。

因此本节通过取不同的超载量分别进行计算，以确定一个较为合适的超载量进行预压。计划使用现场附近取土场和路堑挖方弃土，超载量分别取0.5 m(10 kPa)、1 m(20 kPa)，1.5 m(30 kPa)，2 m(40 kPa)，根据工期设置预压时间8个月，模拟一般道路的加载过程，卸除多余荷载至设计路床高程所需时间为10 d，维持路床高程预压1个月后，用40 d完成路面的加载工作。由于场地限制，无法埋设塑料排水板。

根据JTJ017-96《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》、JTG D30-2004《公路路基设计规范》等规范，工程一般取工程竣工至15 a内发生的沉降作为工后沉降的取至标准。由此计算路基在不同超载情况下工后沉降如图2所示。

图2 工后沉降随超载量变化曲线

由图2可知，工后沉降随超载量的增加而逐渐减小。且由图可知，超载高度为5 m约100 kPa时，工后沉降量约为378.7 mm，仍超出容许沉降值。若要使工后沉降符合容许沉降值，则超载量过大，容易造成失稳。通过观察载量与工后沉降关系曲线发现超载量超过2.5 m时，工后沉降变化不大。因此冲击碾压路段沉降控制方案可设置为：超载量2.5 m(50 kPa)，根据工期设置预压时间8个月。通过计算可以得到竣工至通车7 a内发生的沉降约298 mm，即在此方案下7年内可以保证道路沉降量满足规范要求。