滬寧高速公路建設(shè)及南京段擴(kuò)建工程中軟土地基處理

1、滬寧高速公路建設(shè)及南京段擴(kuò)建工程中軟土地基處理摘要：近年來(lái)隨著長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通流量迅猛增長(zhǎng)，我國(guó)許多4車道高速公路已無(wú)法滿足通行需求，迫切需要進(jìn)行擴(kuò)建改造，滬寧高速公路不高速，經(jīng)常出現(xiàn)擁堵，已不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，亟待擴(kuò)建。但相對(duì)于高速公路的新建，擴(kuò)建工程難度更大，面臨著路基橋梁拼接、互通改建、交通分流組織等一系列難題。滬寧高速公路不僅是我省第一條擴(kuò)建的高速公路，也是全國(guó)首條在不中斷交通的情況下全線擴(kuò)建的高速公路，施工過(guò)程中遇到的困難尤其多。 2004年短學(xué)期實(shí)習(xí)期間，我們參觀了滬寧高速公路南京段擴(kuò)建工程的施工現(xiàn)場(chǎng)，幾位領(lǐng)導(dǎo)親自為我們介紹了工程中的相關(guān)技術(shù)，包括軟土路基預(yù)處理，

2、2004年6月1日起到2006年底通過(guò)交通管制進(jìn)行不封閉施工作業(yè)，等。這里主要講軟土路基處理。 關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)；地基沉降；軟土地基。 Engineering Geology in Road ConstructionTake Shanghai-to-Nanjin Expressway for Instance Abstract：Recent years， the economic of the delta of Yangzi River is advancing at an amazing speed， such that the Shanghai-to-Nanjin expressways

3、ability is becoming not equal to its ambition bit by bit. Expanding the expressway was begun from June， 2004. This road construction on soft clay ground will not allow perceptible ground subsidence， by press the ground in advance. Key word：Engineering geology； Ground subsidence； Mollisol； Road const

4、ruction on soft clay ground. 概論：在滬寧高速公路建設(shè)過(guò)程中，我們積累了在江蘇省的軟土環(huán)境下建設(shè)高速公路的大量經(jīng)驗(yàn)，對(duì)路基沉降有了一定的研究。在這次滬寧高速公路擴(kuò)建工程中，我們計(jì)劃使用無(wú)沉降技術(shù)處理該工程路基。雖然這具有一定難度，但使用該技術(shù)，能有效地減少甚至避免路基沉降在工程結(jié)束以后，對(duì)路體造成的剪切力破壞，保證路體的穩(wěn)定性。 正文解決問(wèn)題：軟基處理的目的主要是使建筑物修建以后能正常使用，對(duì)高速公路路堤來(lái)講也就是保證，路堤不會(huì)產(chǎn)生局部和整體剪切破壞，滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求；公路使用期不致發(fā)生較大的沉降和不均勻沉降，以保證路面結(jié)構(gòu)完整和車輛高速平穩(wěn)行駛。江蘇東段沿線軟

5、土以淤泥質(zhì)粘性土為主，含水量為3550%，承載力為5070kPa，軟土有一定埋深。極個(gè)別地段埋有含水量達(dá)200%的有機(jī)質(zhì)土，由于土層很薄，僅0.30.8m，且埋深達(dá)58m，對(duì)路堤的穩(wěn)定和沉降影響很小。關(guān)于軟土的定義目前尚無(wú)一致意見(jiàn)，國(guó)內(nèi)一般把孔隙比大于1的粘性土叫淤泥質(zhì)土，也劃歸軟土范圍。 關(guān)于高速公路沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，目前采用的方法有固結(jié)度法，沉降速率法以及工后沉降量法三種。 所謂固結(jié)度法是指路堤修筑后，地基的固結(jié)度達(dá)8090%后再修筑路面，從概念上講，此時(shí)絕大部分的沉降量已發(fā)生，殘余沉降不會(huì)很大，但當(dāng)總沉降量很大時(shí)，即使尚有1020%固結(jié)度未完成，今后在使用期仍有可觀的沉降量發(fā)生，這是此法的缺

6、點(diǎn)。 沉降速率法是在路堤修筑以后觀測(cè)沉降變化過(guò)程，當(dāng)沉降速率小于某一數(shù)值（如10mm/月）后再鋪設(shè)路面，根據(jù)觀測(cè)到的沉降變化過(guò)程還可推算出今后尚可能發(fā)生的沉降量，此法較為合理，但需建立現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)資料，施工期限也較難預(yù)估。 工后沉降法是以公路在整個(gè)運(yùn)用期可能發(fā)生的沉降量大小進(jìn)行控制，一般認(rèn)為高速公路運(yùn)行1520年后即需進(jìn)行大修。工后沉降的時(shí)間范圍有的從鋪設(shè)路面時(shí)開(kāi)始，也有從鋪完路面后算起的。由于鋪設(shè)路面所增加的荷載，對(duì)軟土地基有時(shí)會(huì)產(chǎn)生可觀的沉降量，我們認(rèn)為還是以鋪設(shè)路面開(kāi)始算為好，因鋪上路面以后所發(fā)生的沉降必然影響到路面的質(zhì)量。 工后沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)普遍采用的是橋頭接坡處不超過(guò)10c

7、m，一般路堤不超過(guò)30cm，滬寧高速公路江蘇段也采用了此標(biāo)準(zhǔn)，我們認(rèn)為是合理的，這是因?yàn)闃蚨諛蚺_(tái)的基礎(chǔ)通常都采用樁基礎(chǔ)，本身沉降極小，如橋頭填土的沉降過(guò)大，則車輛通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重跳車，因之要求較嚴(yán)格。至于一般路段，填土高度及地層情況均是漸變的，雖然總沉降量較大，而不均勻沉降仍相對(duì)較小，故可適當(dāng)放寬?？刂乒ず蟪两档母灸康氖鞘沟缆房v坡和橫坡不致因沉降差而造成路面結(jié)構(gòu)的損壞以及高速行駛中的車輛平穩(wěn)和舒適。至于通道及涵管等人工構(gòu)筑物銜接處的工后沉降，一般亦按橋頭的控制標(biāo)準(zhǔn)。我們認(rèn)為可根據(jù)構(gòu)筑物地基的不同處理方法可適當(dāng)放寬，如構(gòu)筑物基礎(chǔ)采用的樁基礎(chǔ)，則兩側(cè)填土工后沉降限制為10cm，如采用淺層處理，或

8、者堆載預(yù)壓而后反開(kāi)挖修建構(gòu)筑物，因此時(shí)構(gòu)筑物和路堤基本是同步下沉的，則允許沉降可放寬至2030cm，此時(shí)通道的底部高程應(yīng)適當(dāng)提高。 1 滬寧高速公路擴(kuò)建中，我們通過(guò)反復(fù)的人工預(yù)壓，使得地基的固結(jié)度達(dá)95%以上之后，才按計(jì)劃開(kāi)始逐層鋪設(shè)各種質(zhì)地的總共數(shù)十層基層，并且每層都反復(fù)數(shù)次壓實(shí)。如此一來(lái)，公路建好后的沉降幾乎可以不記，最多也不過(guò)一兩個(gè)厘米，便確保了今后路面結(jié)構(gòu)的完整和車輛的高速平穩(wěn)行駛。 評(píng)價(jià)：固結(jié)沉降計(jì)算方法的建議目前關(guān)于固結(jié)沉降計(jì)算的方法很多，歸納起來(lái)，有取實(shí)際壓力變化范圍的e-p曲線法，采用100200kPa壓力范圍的壓縮系數(shù)法、e-lgp曲線法和有限元法。 從設(shè)計(jì)單位獲得的土工試驗(yàn)

9、資料來(lái)看，各單位提供的土壓縮性指標(biāo)以快速法求得的壓縮系數(shù)aV1-2（或E1-2）較為豐富，e-p曲線不足五分之一，e-Lgp曲線只有20多個(gè)斷面資料，另外4個(gè)標(biāo)段16個(gè)斷面的三軸試驗(yàn)成果還是后期補(bǔ)充的。問(wèn)題的關(guān)鍵是，如何充分利用現(xiàn)有的資料估算沉降量，滿足生產(chǎn)的需求。 為估計(jì)常規(guī)計(jì)算方法適用性，表1列出了用壓力為100200kPa所對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)aV1-2降量進(jìn)行比較?？芍猘 V1-2法算得到的沉降量一般大于e-Lgp法。這是因?yàn)閍 V1-2法沒(méi)有考慮應(yīng)力歷史的影響的原故。兩者的差異，可以用MS1表示超固結(jié)影響系數(shù)，一般在0.700.93之間。MS1 系數(shù)小至0.45的情況，是由于先期固結(jié)壓力高

10、，堤身低，軟土層分布又接近于上層的原故；也有MS1大于1.0的情況，是由于所估算斷面處的先期固結(jié)壓力較小，堤身高，軟土分布在下層屬正常固結(jié)土。壓縮變形采用Cc計(jì)算的原故。 基于滬寧高速公路建設(shè)期間的數(shù)據(jù)，利用軟基處理匯總程序包用于匯總地基鉆孔資料，原設(shè)計(jì)方案和變更設(shè)計(jì)方案的成果，程序包分為兩個(gè)處理模塊，第一個(gè)模塊用于按圖示比例生成地質(zhì)鉆孔圖和設(shè)計(jì)方案匯總表；第二個(gè)模塊用于生成地質(zhì)鉆孔簡(jiǎn)圖以及地基土層的各種參數(shù)表。兩個(gè)模塊可以分開(kāi)運(yùn)行，也可連接運(yùn)行。本程序包全部采用autolisp語(yǔ)言編成，由于工作在autoCAD環(huán)境下使得圖表和圖形比較容易地合為一體；同時(shí)也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)方案中復(fù)雜數(shù)據(jù)形式的處理。

11、分析：如果在滬寧高速公路擴(kuò)建工程能夠打破以往的常規(guī)，使得路基沉降在建設(shè)工期內(nèi)大體上完成的話，這對(duì)于工程建成后的保養(yǎng)是大有好處的。但是，在開(kāi)始時(shí)技術(shù)上卻仍然是很有難度的。 而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，首先，南京一帶的軟土地層還算比較結(jié)實(shí)，滬寧高速公路各段觀測(cè)到的沉降量在740cm左右，不像蘇北地區(qū)有的地段甚至經(jīng)不起壓實(shí)處理；其次這在技術(shù)上，國(guó)內(nèi)已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)相關(guān)的專家，學(xué)者的長(zhǎng)期考證，認(rèn)為這是可以通過(guò)技術(shù)攻關(guān)最終達(dá)到的。 解決方案： 1. 鋸齒狀接觸部分逐層接合； 2. 特別的技術(shù)處理外四車道地基； 3. 與外部新建四車道一起重新鋪設(shè)內(nèi)部四車道面層。 4. 通過(guò)交通管制進(jìn)行不封閉施工作業(yè)。 具體

12、措施： 1.擴(kuò)建工程在雙向四車道外兩邊，各新建兩車道，以形成雙向八車道的高速公路，其路基寬42.5米。新建部分與原有部分通過(guò)鋸齒狀接觸部分逐層接合，以便使公路的新舊兩部分盡可能穩(wěn)固地接合。鋸齒狀接觸部分的工程是在公路從內(nèi)向外數(shù)第二車道下展開(kāi)的。待到路基建好以后，與公路內(nèi)兩車道一起，重新鋪設(shè)面層，以保證路面外觀的和諧。 2.使用特別的技術(shù)處理外四車道地基（如圖所示）：外四車道地基光是基層就被細(xì)分為十多層，為了保證“無(wú)沉降”目標(biāo)的順利達(dá)成，每一層都經(jīng)過(guò)多次碾壓，反復(fù)夯實(shí)，如圖1中所示，多臺(tái)壓路機(jī)同時(shí)作業(yè)；壓實(shí)之后，用塑料薄膜掩蓋保存，以免雨淋后導(dǎo)致土質(zhì)基層再次變松，然后進(jìn)行其他路段的作業(yè)。 3.考

13、慮到內(nèi)層的四車道已經(jīng)使用了數(shù)年，不論是從理論上還是從實(shí)際觀測(cè)上講，都不會(huì)再有明顯的下沉發(fā)生。另外，八車道高速公路建好后，內(nèi)部的超車道使用頻率將是很少的，只有在超車瞬間時(shí)汽車才在該道上行駛，其他平穩(wěn)行駛時(shí)間都集中在外面的行車道上，這也保證了內(nèi)層四車道不會(huì)再有明顯的下沉發(fā)生。 在外車道上，我們使用了特別的技術(shù)處理，也已經(jīng)大體上保證其不會(huì)在建好之后發(fā)生可以察覺(jué)的下沉，以確保路堤不會(huì)產(chǎn)生局部和整體剪切破壞，滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求，保證路面結(jié)構(gòu)完整和車輛高速平穩(wěn)行駛。 4. 考慮到滬寧高速公路是東南沿海的黃金通道，如果因?yàn)閿U(kuò)建施工而要封閉作業(yè)一年半載，將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以決定，2004年6月1日起到

14、2006年底通過(guò)交通管制進(jìn)行不封閉施工作業(yè)。施工期間，雙向四車道的一半邊將繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)，單向的兩車道將改為雙向兩車道運(yùn)行。我們參觀時(shí)，是西東向的正在施工，原東西向的仍正在通車。 結(jié)論： （1）軟基處理是高等級(jí)公路建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，地基處理的成敗直接關(guān)系到高速公路的使用性能，應(yīng)當(dāng)引起我們的高度重視，從地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)到沉降觀測(cè)都應(yīng)合理安排，尤其是施工中的沉降觀測(cè)對(duì)施工組織、工期起著重大作用。 （2）橋頭跳車是影響高速公路使用質(zhì)量的關(guān)鍵，應(yīng)慎而又慎，最可靠安全的辦法就是采取措施使總沉降在工前基本完成，在所有的處理方案中，只有固結(jié)排水加等載或超載預(yù)壓方案最為經(jīng)濟(jì)合理，但需要時(shí)間。復(fù)合地基可在短時(shí)間內(nèi)提高承載力，減少總沉降，但費(fèi)用較高，對(duì)于橋頭軟基一般還需要（等載或超載）預(yù)壓才能滿足沉降要求。選擇何種處理措施應(yīng)視地質(zhì)情況、構(gòu)造物特點(diǎn)及填土高度等不同而不同。 （3）利用路堤堆載預(yù)壓是最經(jīng)濟(jì)的處理方案，它對(duì)滬寧高速公路路基軟土性質(zhì)并不很差，又普遍存在粉砂夾層的中低路堤的路段來(lái)說(shuō)，它的加固效果實(shí)在，消除工后沉降作用明顯。當(dāng)工后沉降仍不滿足要求時(shí)，還可采用等或超載預(yù)壓的辦法使之滿足工程設(shè)計(jì)要求。 （4）砂墊