堆载预压下道路软土地基路堤形变量预测研究

田家凯　梁绍巍

摘要 堆载预压过程中的形变量监控及预测是软基处理沉降观测、预警、固结卸载的重要手段。文章结合堆载预压处理软土地基路堤实例及实测数据，探讨软基处理后数据监测、形变量预测方法，并通过双曲线模型推算路堤最终形变量和工后沉降变化量，为沉降稳定趋势和土方卸载提供支撑，为相关工程提供数据参考。

关键词 堆载预压;软土地基;路堤;形变量;预测

中图分类号 U418.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）09-0157-03

序言

塑料排水板堆载预压法在滨海地区深厚淤泥、淤泥质土的软土地基处理中，能够通过竖向及横向排水通道不断排出孔隙水，加快土体固结，对路基的沉降穩定效果较好。目前，常用的预测方法有双曲线法、三点法、浅岗法、泊松法等[1-2]，经过实验对比，双曲线法的预测结果较为保守，在实际工程应用中较为安全[2-3]，该文通过现场测点布设、实测监测、沉降数据采集，对双曲线法的形变预测及工后沉降分析进行研究。

1 工程概况及岩土层地质特性

某道路项目道路等级为城市快速路，沥青路面，路面结构设计使用年限15年。项目场地的地貌单元属冲积平原，试验段道路周边以农田、鱼塘及养殖场为主，穿越地势起伏不大，路堤为主，软土地基处理采用塑料排水板堆载预压法。

场地不良地质作用主要表现为存在流塑、高含水量、高压缩性的软土层，具易触变、承载力低、工程物理力学性质差等特点。特殊性岩土分以下2类：

（1）填土。场地表层存在填土层，其土质极不均匀、具湿陷性、低强度、稳定性差，为场地不稳定软弱土层，潜在着水土流失、不均匀沉降等不良地质作用。

（2）淤泥、淤泥质土。场地软土主要存在流塑状淤泥、淤泥质土，属高压缩性土，工程力学强度低，在上部荷载作用下，容易引起地基过大沉降和不均匀沉降，而且受振动荷载（或地震）作用下易产生侧向滑动及震陷现象，从而使地基失稳或沉陷。

场地地下水呈层状分布，属浅循环水。地下水水位升降受气候降雨条件及季节性影响不大。

2 软土地基形变量测点布设

为了对道路路堤形变量进行测量，并控制施工过程中的填土速度，为后续形变量预测提供更多的数据支持，该工程沿道路纵向每隔100 m定义一个观测横断面，观测横断面的形变量监测采用接杆式观测标，观测标由长100 cm，直径25～40 mm的钢管和500 mm×500 mm×

10 mm的钢板（沉降板）组成，配备若干50 cm接长杆。

每个观测断面设置2组沉降板，每组3块，在道路中心线向道路外侧6 m、16 m、36 m布置。沉降板应放置在上层碎石垫层的底面，即排水板施工面。

埋好稳定后测初始标高，下次测量时根据标高差，求得该阶段的形变量。当填土达到一定高度后需要接管时，首先测下面钢管的顶面标高，计算出形变量，然后接管并测出接管后的顶面标高作为初始标高。随着填土的增高，循序逐节升高，重复上述测量工作。

同时，为了进一步提高后续形变量预测结果的精度，还可在同一观测断面道路中心线向道路外侧2 m处设置电磁式分层沉降仪，对形变量进行监测[4]。仪器埋设前，按照沉降环设计标高或依据加固区土层的实际情况将每一个沉降环固定在连接好的引导管上。每个沉降环下端距引导管接头距离应大于该沉降环的预估沉降量，防止沉降环沉降过大碰到接头处被卡住，影响观测质量。

测点命名编号原则：道路里程+测点类型+测点左右幅位置+测点编号。例如C0100CR1，其中，“C0100”表示道路桩号CK0+100，第二个“C”表示类型为地基沉降测点，“R”表示彻测点位置为道路右幅（“L”表示彻测点位置为道路左幅），最后的“1”为地基沉降测点的顺序编号，由路中向道路两侧分别编号1、2、3、……。

3 基于双曲线模型的路堤最终形变量推算

基于堆载预压作用下路堤沉降板与分层沉降仪观测数值，依据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/T D31—02—2013）8.8章节相关规定，引入双曲线模型[5]，分析推算路堤最终形变量。经验双曲线法假定路堤形变的平均速度会按照双曲线的趋势不断减小，趋于平缓稳定，通过曲线的趋势模拟能够推算出未来任意时刻及最终的路堤形变量。

（1）根据施工过程监测数据，通过双曲线拟合公式，得出：和曲线图。

（1）

式中，——拟合计算起始点参考点的形变量;

——拟合计算起始点参考点的观测时间;

——拟合曲线上任意一点的形变量;

——拟合曲线上任意一点的观测时间;

——根据沉降板与分层沉降仪实际监测数据，根据式（1）得出一条近似的直线，并进一步计算得出的该直线的截距和斜率。

和理论曲线图如图1：

（2）将式（1）改写形式：

（2）

由式（2）可以看出分别是和关系曲线中的截距和斜率，可以用图解法求出。将求出的、、带入式（2）即可计算出任意时刻t的预估形变量。

（3）当=∞时，可以求解最终的路堤形变量：

（3）

4 形变量数据采集

道路软基处理采用塑料排水板堆载预压法，堆载料已满载，进入恒载期。在该工程测量断面中，选择某一节点作为测量点，针对该节点在6个月时间当中的路堤形变量进行连续采集。

利用Trimble（天宝）DINI03高精度电子水准仪进行软土地基沉降监测，仪器精度为0.3 mm/km;利用泰瑞科TRC-GC-02A分层沉降仪进行深层分层沉降监测，精度1.0 mm。

路堤形变量公式如下：

实验中测量点上的路堤形变量=软土地基初始状态下的路堤高度−恒载一定时间后路基路堤高度。

5 形变量预测分析

选取相邻的2个观测断面，左右幅共计12个测点的连续采集数据，绘制累计形变量曲线图。由图2可以看出路基形变量的整体趋势：沉降板测点在堆载期间开始出现下沉变形，由于堆载速度的控制变形速率较小，当达到满载后，形变速率逐渐增大，满载后1～2个月变形速率达到最大，曲线出现陡降趋势，当达到第3个月左右时速率已经出现收敛，第4～6个月区间变形趋于平缓。分层沉降形变量与地基沉降基本相同，最后2个月变形已较为平稳。

根据形变量数据，采用双曲线模型法对12个测点分别进行最终路堤形变量预测。在分别选取相邻2个观测断面C0100、C0200，取C0100断面靠近路中的左右幅1号测点，取C0200断面靠近路外的左右幅3号测点，共4个测点，进行预测说明。

5.1 断面1左幅测点C0100CL1

采用沉降观测后的第99天～第189天之间的观测数据，建立曲线拟合方程。取=99 d，=1.690 0 m，绘制和关系曲线图，如图3所示。确定曲线方程参数=42.101，=2.346 6。相应的曲线方程为：

根据式（2）和式（3）计算15年后累计沉降量为−2.114 7 m，工后沉降变化量为−83.9 mm。

5.2 断面1右幅测点C0100CR1

采用沉降观测后的第99天～第189天之间的观测数据，建立曲线拟合方程。取=99 d，=1.534 7 m，绘制和关系曲线图，如图4所示。确定曲线方程参数=44.9，=2.760 8。相应的曲线方程为：

根据式（2）和式（3）计算15年后累计沉降量为−1.896 8 m，工后沉降变化量为−66.5 mm。

5.3 断面2左幅测点C0200CL3

采用沉降观测后的第99天～第189天之间的观测数据，建立曲线拟合方程。取=99 d，=1.543 3 m，绘制和关系曲线图，如图5所示。确定曲线方程参数=42.068，=2.292 3。相应的曲线方程为：

根据式（2）和式（3）计算15年后累计沉降量为−1.978 1 m，工后沉降变化量为−88.1 mm。

5.4 断面2右幅测点C0200CR3

采用沉降观测后的第99天～第189天之间的观测数据，建立曲线拟合方程。取=99 d，=1.719 7 m， 绘制和关系曲线图，如图6所示。确定曲线方程参数=36.154，=2.604 2。相应的曲线方程为：

根据式（2）和式（3）计算15年后累计沉降量为−2.102 7 m，工后沉降变化量为−61.5 mm。

经所有测点预测，15年工后沉降变化量61.5～

120.3 mm，并能够满足连续两个月观测的沉降量每月不超过5 mm，路堤形变趋于稳定，可以满足卸载条件。

6 总结

该文依托道路项目实例以及形变量监控数据，阐述双曲线模型法在堆载预压下道路的软土地基路堤形变量预测中的实际应用。形变量监控及预测是软基处理沉降观测、预警的重要手段，可以控制堆载料的填筑速率、推算堆载料土石方工程量，并通过拟合曲线推算最终形变量和工后沉降变化量，直观反映堆载预压处理效果，为卸载提供数据支撑。同时，应注重数据采集的准确、连续、完整，能够动态反映现场情况，为预测提供依据。

參考文献

[1]韩宝宁. 塑料排水板堆载预压沉降预测方法研究[J]. 珠江水运， 2020（3）： 24-26.

[2]邓礼久， 金亮星， 罗嘉金， 等. 塑料排水板堆载预压法处理软基的固结效果[J]. 铁道科学与工程学报， 2013（3）： 68-72.

[3]欧阳辉. 基于曲线拟合法的软基沉降预测研究[J]. 路基工程， 2009（2）： 109-110.

[4]吴兴正. 堆载预压下高速公路软土地基路堤形变量预测研究[J]. 建设科技， 2021（22）： 94-96.

[5]公路软土地基路堤设计与施工技术细则： JTG/TD31—02—2013[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.

收稿日期：2022-03-14

作者简介：田家凯（1990—），男，硕士研究生，工程师，从事路桥设计工作。