道路軟基路堤的沉降動態控制方法研究

沈 蘊，徐 亮

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

為了保證路基填筑施工質量，可通過提高路堤在永久荷載作用下的地基穩定性，以最大限度地減少和避免軟基路堤出現沉降，盡可能消除橋涵與路堤連接處或者是路段橫縱向沉降差，從而控制橋頭跳車、路面不平整以及裂縫問題。工后沉降量是影響道路路面變形的重要因素，在前期設計階段應該對最終沉降量進行合理的推算，確定在不同時段地基的固結度[1]。但是市政道路工程整體呈現帶狀分布，跨越長度大，地質環境變化大，沉降量推算結果會受到地質勘察、地基處理方案的選擇等因素的影響，最終影響工后沉降效果。

1 工程實例

某市政道路工程全線軟基路堤處理工藝采用超載預壓的堆載預壓設計及水泥攪拌樁，并加上塑料排水板的方式進行固結處理。嚴格按照施工標準和沉降標準來進行軟基處理，在該市政道路工程竣工3 a 后，對該市政道路全線的70 個軟基路堤觀測點的數據進行收集整理，詳細見表1。

從表1 中可以發現，工后沉降平均值與沉降速率區間變化呈現正相關關系。沉降速率區間小于3.0～6.0 mm/ 月共有66 個點，總占比94.2%，軟土路堤沉降控制效果顯著。

表1 軟基路堤觀測數據

2 市政道路常用的軟基處理方法及適用條件

（1）換填法一般應用于厚度2.0 m 之內的軟土中，其工作原理是先將全部軟土進行移除，遵循分層碾壓填筑的原則來進行施工作業。

（2）拋石擠淤法一般應用于厚度介于2.0～4.0 m的軟土，其工作原理是在拋填片石過程時，將多余的淤泥進行移除，并在此基礎上進行拋填和碾壓。

（3）堆載預壓法或水泥攪拌樁一般應用于厚度超過4.0 m 軟土中，這兩種軟基處理方法優缺不一，應用的范圍也存在差異，前者較為經濟實惠，但是施工周期長，后者施工周期短，但是成本高。

3 市政道路軟基處理的設計與計算

換填法和拋石擠淤法應用較為簡單，操作難度較小，此處不做分析，本文對排水固結堆載預壓法進行介紹。堆載預壓法常應用于厚度超過4 m 的大范圍深厚軟土的處理，優勢明顯，處理效果顯著，現已在我國各地區的軟土處理中得到了應用。堆載預壓法的工作原理利用先期荷載，排除土體孔隙水，使得孔壓消散，從而促使軟土固結成型，減少后期市政道路的沉降量。

3.1 堆載預壓的設計

預壓時間要根據實際的施工工期與施工位置來進行決定，路段和橋頭路段的預壓時間有所差異，前者的預壓時間一般控制在6 個月，而后者的預壓時間一般控制在8 個月，但是具體的預壓時間的設計還要考慮到沉降速率，并根據實際情況來進行調整。高速公路軟基課題組提出：在進行軟基路段路面底基層施工作業時，要保證路基填土達到設計標高[2]。路堤中心沉降不會過大，保證一般路段的平均月沉降量連續兩次不大于8 mm，橋頭路段平均月沉降量連續兩次不大于6 mm。堆載預壓也分為等載預壓和超載預壓兩種，要實現相同沉降量要求，兩者花費的時間不一，超載預壓花費時間較少。圖1 為堆載預壓現場施工圖。

圖1 堆載預壓

3.2 豎向排水體及排水系統設計

重視排水工作，保證豎向排水體及排水系統的設計的科學性與合理性。豎向排水體的工作原理并不復雜，通過人工設置排水通道，能夠極大提升排水效率，加快土層的固結。當前，豎向排水體的應用已經較為成熟，實現了普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等形式的發展和升級。塑料排水板操作方便，質量穩定，可靠性高，加上較為經濟和實惠，在當前的市政道路工程中的軟基處理中得到了廣泛應用。

3.3 固結沉降計算

3.3.1 沉降計算

（1）沉降分為瞬時沉降、固結沉降及次固結沉降三種。施工總沉降可按式（1）計算：

式中：Sd為瞬時沉降，mm；Se為固結沉降，mm；Sa為次固結沉降，mm。

（2）瞬時沉降的出現是因為土體發生剪切變形，在大面積均載的情況下，土體剪切變形較小，瞬間沉降量也比較的小，一些較小的瞬間沉降可以不計入計算。而次固沉降的出現一般都在淤泥層，沉降量較大，次固沉降量的計算要綜合考慮土層的次固結系數、厚度以及道路工程的使用過程因素，保證計算的準確性，次固結沉降可根據式（2）計算：

式中：Ca為次固結系數；h為淤泥層厚度，cm；e為孔隙比，%；t1為道路使用時間，s；t0為主固結完成時間，s。

（3）在進行主固結沉降的計算時要先將整個壓縮土層進行劃分，保證分層厚度適中，再對各個分層的沉降量進行計算，并求和，具體見式（3）：

式中：Si為分層固結沉降，mm。

淤泥和淤泥質土的沉降的計算需要考慮的因素較多，需要對附加應力的大小進行計算，觀察土層的固結狀況，保證壓縮指數的科學性。其他土體的沉降計算和上述土體的計算也存在相似之處，要計算土層的應變變化及壓縮系數等。

3.3.2 固結計算

軟土中有豎向排水插板的平均固結度的計算，要根據豎向排水固結度和徑向排水固結度來進行，它們之間有如式（4）的關系：

式中：Uz為豎向排水平均固結度，%；Ur為徑向排水平均固結度，%。

4 市政道路路基沉降的預防措施

4.1 強化地質勘測，對施工路段進行細致研究

地基的沉降問題，是導致路基沉降的主要因素之一。若能有效控制地基的沉降，則路基沉降便能得到有效的控制這使需要在進行市政道路施工設計時，要對施工路段進行科學、合理的地質勘測，并對土質情況進行采樣分析。唯有如此才能準確分析出此路段是否具備市政道路施工的基本條件的若需在此區域進行市政道路建設，則也應采取解決和處理路基沉降的方法與技術，使市政道路的路基施工質量得以確保以減少或消除路基沉降現象的發生。

4.2 采用多種方法預防沉降問題

（1）深層攪拌樁技術。在進行市政道路路基施工時，可選用深層攪拌樁技術進行路基質量的提升。首先，應選取特定區域做試樁試驗，并對施工效果進行比對，以此觀測出樁體的沉降情況，其次，是深層攪拌樁技術與地質勘測條件相結合，從而有效的解決沉降問題。

（2）強夯法。其原理為利用機械落槌將地基土體進行反復壓密、夯實，使路基的承載力得以顯著提升。施工中要針對圖紙情況將錘重、單擊夯擊能更做出明確計算，隨后，對夯實土體進行細致觀測，并進行初步測試變形模量，以此計算出路基的沉降量，若仍無法滿足路基施工要求，則做繼續夯實處理。

（3）堆載預壓處理。該工藝是通過對路基施加一定的荷載，使路基固結變形，以此提升路基承載力的工藝。應用該技術首先要在對路面進行勘察，分析出路基的沉降量，并以此確定出堆載預壓所需要的高度及時間。其中，堆載預壓時間的設定，需要依據路堤表面沉降程度為基礎。在對路堤進行填筑作業后，將路堤自身重力與荷載力進行計算，以此分析出有壓密程度和變形所生成的沉降數值[3]。

4.3 沉降的施工控制措施

首先，對斷面進行觀測。斷面縱向間距通常小于50 m，若此區域的地質情況較為復雜，應適當加密施測斷面點。其次，測試項目的觀測。此部分應重點觀測路堤中心的沉降情況。一方面，若為軟土路基，應依據地基的厚度與所進行回調壓實土體的高低，在邊坡位置處設定水平位移的觀測點，另一方面，若非軟土地基，則可通過剖面沉降儀進行斷面的觀測，且需將由混凝土制成的路基觀測樁設置在路基面中心位置與路肩位置。再次，需要考慮到測量精度問題。尤其在填筑路堤階段，應確保每日至少一次的觀測。若在市政道路施工階段，存在停工現象，則應確保至少每兩天進行以此觀測，并在施工結束后，以每周一次的頻率進行繼續觀測。最后，對沉降程度的預測。通過對觀測情況的統計與分析，精確計算出產生變形和沉降的位置，并計算出發生沉降與變形的速率，再以此為基礎，對施工進度進行掌控與設定。

5 結 語

要想保證市政道路工程的建設質量，就必須做好軟土地基工程地質勘察工作，選擇合適的軟基處理方法，對路堤施工全過程進行動態控制。還要嚴格按照沉降控制標準來進行設計和施工，保證路面結構層的厚度，控制工后沉降量，提高軟基處理水平。