泥质软岩弃渣填筑路堤沉降分析

赵丽娜

（山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600）

引言

泥质软岩内部含有大量的亲水性物质，裂隙纹理发育，容易受到水的侵蚀产生破坏[1]。路堤施工过程中大颗粒的泥质软岩没有被压碎或压实质量差，存在大量孔隙会使水分渗入，浸泡路基造成结构软化，在车辆荷载和自然因素综合作用下产生破坏[2]。

1 工程概况

山西省内某高速公路有一段路堤长度为225 m，起讫点桩号为K16+320—K16+545，路堤填筑高度8.13～8.84 m，平均填筑高度为8.5 m。该段路堤一端与隧道连接，一端为挖方路堑，路基最大挖深为23 m。在隧道开挖和路堑开挖过程中产生了大量的泥质软岩弃渣，为节约施工成本，拟作为该段路堤填料。该段路堤地基土质为第四系粉土，下伏基岩为砂岩、泥岩、页岩等，实测地基承载力为200 kPa。

2 沉降监测方案

2.1 监测方案

为了准确确定泥质软岩路堤沉降变形情况，在路基填筑施工过程中对路基沉降开展监测[3]。沉降监测的内容主要包括路基填筑速率和最终沉降量，以确定路基的稳定性。路基内部沉降监测采用水平测斜仪法，施工过程中布置水平测斜管开展监测。路堤顶面和坡脚沉降监测，是在完工后布置监测桩，并采用水准测量进行监测。路堤沉降监测包括填筑施工阶段、路堤稳定阶段和完工后三个阶段，稳定期是路堤填筑完成到路面施工前，其中路堤顶面沉降监测只包含后两个阶段。在路堤沉降监测的三个阶段，均经历了多次降雨，由于填筑阶段降雨后需要晾晒后方可进行下一步填筑施工，故不考虑降雨对沉降的影响。

2.2 测点布置

路堤每个监测断面布置三道水平测斜管，自下而上分别为地基顶面、地基以上3 m、地基以上6 m。 埋设完成后使用水平测斜仪进行首次测量，作为初始读数。路堤顶部每个断面埋设7根钢钎作为沉降监测桩，路堤坡脚沉降监测桩采用C25混凝土预制方桩，长度为1.8 m，每侧3根，共6根。选取K16+400、K16+500两个监测断面，分别布置水平测斜管和测桩，监测断面测点布置见图1。

图1 沉降监测断面测点布置/m

3 路堤沉降监测结果分析

3.1 泥质软岩路堤沉降速率分析

在泥质软岩路堤填筑施工过程中，对路堤沉降速率进行监测，可用于指导路堤填筑施工[4]。通过分析监测结果，还可以预测路堤沉降变形趋势，确定路面施工时间。通过对3根水平测斜管开展监测，收集不同填筑高度路基的沉降变形量，绘制填筑高度-沉降量-时间变形曲线，见图2～图4。

图2 一号测斜管监测曲线

图4 三号测斜管监测曲线

结合图2监测数据，路堤沉降主要发生在填筑施工阶段，其中路基填筑到8.5 m时达到最大，为4.52 cm， 该阶段沉降速率约为0.11 cm/d。在稳定阶段和完工阶段，路堤总体沉降量较小，到监测完毕，总沉降量为6.11 cm。分析各施工阶段路堤沉降变形监测数据，可以得出路堤填筑施工对沉降量的影响最大，而路面结构层施工相对较小。

结合图3监测数据，填筑施工阶段最大沉降量为5.16 cm，沉降速率约为0.12 cm/d。路堤稳定阶段和完工阶段路堤沉降量继续增加，但受路面结构层施工影响不大，最终沉降量达到6.45 cm。在现场沉降监测期间，由于出现了多次降雨，二号测斜管两侧的监测点出现了沉降量突然增大的现象，较其他测点沉降量平均增加了约7.1 mm，说明降雨对路堤沉降的影响显著。

图3 二号测斜管监测曲线

分析图4监测数据，路基中线位置沉降变形较大，两侧相对较小。在填筑施工阶段中线部位沉降量为5.58 cm，沉降速率为0.13 cm/d，满足填筑期路堤的沉降速率要求。相较而言，路堤稳定阶段沉降量更大，三个月沉降量大约增加了1.52 cm，说明路面结构层施工对三号测斜管的沉降量影响显著。

分析图2～图4曲线变化趋势，随着路基填筑厚度的增加，路基沉降量匀速增加，总体表现为前期沉降速率高，后期沉降速率低，填筑完成后路基沉降量逐步趋于稳定。在路堤填筑施工阶段，路基沉降量基本与填筑高度呈正比，稳定阶段和完工阶段路堤不同深度的沉降变形有较小的差异，但总体变化趋势较为平缓。

3.2 泥质软岩路堤全断面沉降分析

在路堤填筑施工、稳定和完工阶段，分别对路堤全断面进行沉降监测，收集数据计算路堤各施工阶段全断面沉降变形情况见表1。

分析表1数据，在路堤填筑施工、稳定和完工阶段，沉降变形总体呈现中部大、两侧小的趋势。虽然在不同施工阶段存在一定的差异，但路堤沉降变形与路堤填筑高度总体成正比关系。在路堤填筑阶段，填料自重和车辆荷载导致地基和路堤结构产生压缩变形，进而产生不均匀沉降。在稳定阶段，路堤沉降主要是由填料自重和降雨影响产生的，沉降量与路堤高度成正比，路堤中线部位沉降量最大，两侧路肩最小。在完工阶段，路堤沉降主要是由路面施工和行车荷载造成的，监测结果表明路堤中线部位沉降量相对较大，这是由路面结构层施工和行车荷载造成的。监测后期，路堤沉降变形基本稳定，说明路堤压实质量满足规范要求，施工质量合格。

4 结语

（1）路堤沉降变形速率监测结果表明，随着路基填筑高度的增加，沉降量不断增加，地基沉降量在填筑阶段沉降速率最大，稳定阶段和完工阶段沉降速率较小；路堤中部（地基以上3 m）在填筑施工阶段和稳定阶段沉降速率均较大，且受到降雨影响较明显；路堤上部（地基以上6 m）在填筑施工阶段和稳定阶段沉降速率相较更大，且受到路面施工影响较明显。（2）结合路堤全断面变形监测结果，呈现中线位置沉降量大，两侧路肩沉降量相对较小，在路堤填筑施工阶段沉降量与路堤填筑高度成正比，填筑高度越大沉降量越大；在稳定阶段，由于受到降雨影响使路堤沉降量增加；在完工阶段，路堤全断面各部位沉降量均较小，说明路堤内部密实，压实质量满足规范要求。（3）结构自重、降雨和行车荷载等是造成路基沉降的主要影响因素，可通过提高路基中部压实度、做好路基施工期排水、适当预留路堤填筑高度保证路基标高等方式降低沉降变形的影响。