軟土路基堆載預壓加固工程監測數據分析與效果評價

林興立

（廣州翰南工程技術有限公司，廣東 廣州 511400）

0 引言

在堆載預壓法加固軟地基的過程中，監測是非常關鍵的一項工作。大量研究表明，堆載預壓法可以顯著提高軟土地基的承載力和穩定性，并且監測數據可以實時反映軟土地基內部的變形、土體固結過程、內部受力情況和荷載響應，從而為加固方案設計和施工提供有效的實證數據[1-3]。

本文通過分析某軟土路基堆載預壓施工過程中的監測數據，論證施工過程中路基土體監測數據變化規律；利用雙曲線擬合地表沉降監測數據進行工后沉降推算，評價軟土路基加固效果。

1 工程概況及地質條件

廣惠高速公路掛綠湖互通立交位于增城區石灘鎮，連接新城大道和廣惠高速公路。該立交將擴建為雙向十車道，路基寬度為48.5m。該工程部分路段存在軟土地層，主要為粉質黏土和淤泥，需進行軟土地基的堆載預壓處理。

2 監測方案

測點布設斷面如圖1所示，布設原則如下。

圖1 監測斷面及監測點布設示意圖

（1）一般路基每50m 布設1 個監測斷面；橋頭特殊路基，橋臺搭板末端約0m、20m、40m處各布設1個監測斷面。

（2）沉降點在路中線和路肩兩側各布1點；邊樁位移點在路堤坡中、坡腳處、坡腳3m 處、坡腳6m 處各布設1個點；深層水平位移（測斜）在路堤坡腳處布設1孔。該工程共布設沉降斷面9個，邊樁位移斷面9個，深層水平位移（測斜）斷面2個。

3 監測成果分析

該工程軟土路基堆載預壓加固施工始于2020年10月20日，終于2021年2月20日；工后沉降監測終于2022年10月6日。

3.1 深層水平位移（測斜）監測分析

深層水平位移（測斜）監測典型曲線如圖2 所示。該軟基處理區堆載施工過程中，深層土體沿垂直于堆載邊界向外側移動，在堆載初期，土體的側向位移量較大、位移速率較快；在堆載后期，位移速率減緩，位移量趨于穩定。在堆載施工及恒載期間，各監測點不同深度累計水平位移介于1.25～28.50mm之間，累計位移量最大的為CX-1測斜管管口下3.5m處；最大位移速率4.63mm/d位于測點CX-2 管下4.5m 處，未超過設計允許值5mm/d。測斜監測成果數據表明堆載預壓區域范圍的土體沒有出現明顯的滑移，路基相對穩定[1]。

圖2 代表性深層水平位移（CX-1）監測曲線

3.2 邊樁水平位移監測分析

該工程邊樁水平位移監測斷面9個，監測點44個，編號為BZWY1-1～BZWY9-8。邊樁位移監測采用全圓觀測法。

在路基堆載預壓施工過程中，邊樁位移監測點累計位移量最大為15.2mm（BZWY2-1），最小為0.4mm（BZWY8-6）。各邊樁位移監測點中最大位移速率1.28mm/d(BZWY4-1)發生在2020年11月12日至2020年11月14日間，未超過設計允許值5mm/d。

3.3 地表沉降（沉降板）監測分析

該工程地表沉降監測斷面9個，監測點18個，編號CJ1-1～CJ9-2。路基地表沉降監測采用埋設沉降板的方法，沉降板底板平放在墊層之上，板底面與砂層完全接觸；豎直的管桿隨堆載過程逐層加高（外部套PVC保護管），將路基頂面高程變化傳遞至管桿頂。桿頂設有反射棱鏡，采用全站儀三角高程法進行沉降監測。監測成果如圖3所示。

圖3 地表沉降監測時程曲線

根據圖3分析可知，在路基堆載預壓施工過程中，沉降板累計沉降量為12.5～197.7mm；堆載預壓期間最大沉降量為197.7mm（CJ5-2），最小沉降量為12.5mm（CJ8-1），場地平均沉降量為92.5mm。地表沉降速率在堆載施工至滿載后階段相對較大，其中CJ4-2監測點在2020年11 月7 日至2020 年11 月9 日之間沉降速率達到31.15mm/d，超過設計值15mm/d，數據報警，通過監測簡報的及時反饋，促使施工方調整施工工藝，最終有效控制了沉降變形的發展。其余各點的沉降速率均未超過設計值。隨著堆載施工結束，在荷載保持期，沉降速率逐漸減小；在沉降監測工作結束前，各監測點連續5～10d的平均沉降速率小于0.5mm/d[3]。

4 工后沉降推算及評價

4.1 路基最終沉降量及工后沉降量推算

路基堆載預壓加固工后沉降量的大小直接關系加固后路基上部結構的使用效果，因此必須將工后沉降量控制在一定的標準之內。相關研究表明[1-3]，基于沉降監測數據，采用雙曲線回歸分析方法，推算路基最終沉降量及工后沉降的結果相比實測值誤差較小，能滿足工程需要[3]。雙曲線擬合沉降監測數據方法如下。

將實測St-t曲線的起點放在t0處，沉降曲線接近于雙曲線；近似地用雙曲線方程表示，如式（1）：

式中：S0——t0起始時刻對應的沉降量，mm；

St——t時刻對應的沉降量，mm；

t0——起算點，通常取最后一級恒載穩定日期；

t——沉降監測數據點對應的監測日期；

A、B——待求解的線性回歸常數。

當t→∞，由式（1）可得最終沉降量：

將式（1）改寫為：

式中：?S——工后（剩余）沉降，mm；

S∞——最終沉降，mm；

Ut——固結度。

因篇幅所限，本文以CJ2-2 監測點為例，取該工程2020年11月21日（達到滿載）至2021年1月9日的沉降監測數據，采用雙曲線法擬合，其中，S0=86.8。擬合結果如圖4所示，R2=0.9754，接近于1，擬合效果較好。

圖4 CJ2-2雙曲線法擬合圖

根據圖示將系數A、B代入式（1），得到監測點CJ2-2的雙曲線方程式（6）：

根據式（6）計算2021年1月19日（60d）的累計沉降量為113.48mm，相比實測沉降量112.30mm，誤差1.20mm，相對誤差1.07%，表明雙曲線法能夠較準確地反映實際沉降發展規律。利用雙曲線法計算18 個監測點最終沉降量、工后（剩余）沉降量及固結度如表1所示。

該項目截至監測結束，各監測點推算工后（剩余）沉降介于0.7～15.3mm 之間，小于該項目設計容許工后沉降100mm。加固段路基平均固結度大于94%，堆載預壓加固效果良好，達到卸載標準。

4.2 路基堆載預壓后期沉降監測情況

該工程監測結束前，各監測點第一個月沉降速率范圍為0.18～1.78mm/月、第二個月的沉降速率范圍為0.05～1.25mm/月，符合連續2個月沉降速率小于2mm/月的卸載標準，達到路面鋪筑要求。

5 結束語

該項目通過多種監測手段獲取、分析軟土路基堆載預壓施工過程中土體的變形發展規律，并在監測數據出現異常時及時反饋，能夠有效指導施工過程，保障了路基土體在加固過程中的穩定。基于監測成果分析該項目軟土路基的工后沉降、工后月沉降速率，判定路基已達到路面鋪筑標準。路基土體在逐級堆載至恒載階段，位移速率較大，此階段應注意控制堆載進程，避免因堆載過快、堆載不均勻造成位移（沉降）過快、不同部位差異沉降大等問題。堆載預壓施工恒載后至卸載前階段的路基地表沉降數據能夠被雙曲線法很好地擬合，基于擬合雙曲線方程推算的后期沉降量比較符合實測數據。實踐證明，利用雙曲線法推算軟土路基的最終沉降量、工后沉降量及固結度，可以簡單評價堆載預壓法軟土路基加固處理效果，并作為卸載的判斷依據之一，具有較好的工程實用價值。