道路軟基處理的設(shè)計(jì)和沉降控制

第第頁(yè)道路軟基處理的設(shè)計(jì)和沉降控制摘要:隨著國(guó)家城市建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)市政道路的建設(shè)也不斷深入。本文主要對(duì)市政道路的工程地質(zhì)勘察、軟土地基加固方案的選擇、軟基路堤的沉降動(dòng)態(tài)控制方法等問(wèn)題進(jìn)行探討，筆者根據(jù)實(shí)際工程資料提出合理的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞:市政工程;軟基處理:設(shè)計(jì);沉降控制

中圖分類號(hào)：TU99文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

0前言

隨著國(guó)家城市建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)市政道路的建設(shè)也不斷深入。市政道路對(duì)路基變形的要求較高，既要保證路基填筑過(guò)程中以及路堤在永久荷載作用下地基的穩(wěn)定性，更要減少或消除工后沉降量，避免橋涵與路段連接處出現(xiàn)過(guò)大的沉降差或沿路段縱向、橫向的不均勻沉降，防止道路運(yùn)行后出現(xiàn)橋頭跳車、路面不平整和開(kāi)裂損壞等現(xiàn)象?？刂埔鹇访孀冃蔚墓ず蟪两盗渴且粋€(gè)關(guān)鍵，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確推算最終沉降量并求得路堤在不同歷時(shí)加載強(qiáng)度下地基的固結(jié)度。由于市政道路成帶狀分布，線長(zhǎng)且跨越的地質(zhì)條件較多，推算結(jié)果是否與實(shí)測(cè)值相符涉及諸多因素，如地質(zhì)勘察、地基處理方案選擇等，這些都關(guān)系到工后沉降量控制的成效。

1軟土地基工程地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的土工試驗(yàn)成果總表以及按標(biāo)段的分層試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表是作為軟土地基處理的設(shè)計(jì)依據(jù)。但對(duì)于天然地基土，即使取自同一分層的土樣，它們的試驗(yàn)指標(biāo)差異也很大，這是各個(gè)土樣自身性質(zhì)差異的反映，不能完全歸結(jié)于試驗(yàn)誤差。當(dāng)把這種分層統(tǒng)計(jì)指標(biāo)或代表性壓縮曲線推廣到全標(biāo)段沉降計(jì)算時(shí)，經(jīng)多條市政道路實(shí)踐證明，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)成果有較大的差別，甚至嚴(yán)重失真。為了減少因土體性質(zhì)差異造成的計(jì)算偏差，采用合理的勘探思路顯得尤為重要。實(shí)踐中可采用較多的鑒別孔進(jìn)行普遍勘察，并與技術(shù)孔相結(jié)合，選擇具有操作簡(jiǎn)單、性能良好的鑒別孔對(duì)全線軟土層，特別是土層變化復(fù)雜地段進(jìn)行詳細(xì)劃分，通過(guò)十字板或靜力觸探等試驗(yàn)確定軟土層的深度和范圍，測(cè)定某項(xiàng)土性參數(shù)。而在控制斷面則以技術(shù)孔作為原狀取土孔，通過(guò)各項(xiàng)土工試驗(yàn)掌握各土層的物理力學(xué)特性，以提供基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)參數(shù)。技術(shù)孔的位置應(yīng)在構(gòu)造物(橋、涵、通道)或土層變化復(fù)雜的地段進(jìn)行選取。

2市政道路常用的軟基處理方法及適用條件

市政道路常用的軟基處理方法有換填法、拋石擠淤法、堆載預(yù)壓法及水泥攪拌樁。一般根據(jù)軟土的厚度選用不同的方法。

(1)當(dāng)軟土厚度小于2.0m時(shí)，采用換填法。將軟土全部挖除，然后分層碾壓填筑路基土至路基交工面。處于地下水位以下的可采用開(kāi)山石作為填料。

(2)當(dāng)軟土厚度介于2.0～4.0m時(shí)，采用拋石擠淤法。拋填片石過(guò)程中，應(yīng)將隆起的淤泥挖除，拋填完成后用重型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。

(3)當(dāng)軟土厚度大于4.0m時(shí)，常用堆載預(yù)壓法或水泥攪拌樁。堆載預(yù)壓法造價(jià)經(jīng)濟(jì)但施工工期長(zhǎng):水泥攪拌樁復(fù)合地基處理，工期短但造價(jià)較高。大范圍的深厚軟土處理常選用排水固結(jié)堆載預(yù)壓法，橋頭過(guò)渡段一般采用水泥攪拌樁處理。

3市政道路軟基處理的設(shè)計(jì)與計(jì)算

換填法和拋石擠淤法設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，本文僅對(duì)排水固結(jié)堆載預(yù)壓法進(jìn)行詳細(xì)闡述。對(duì)于深厚淤泥層的處理，堆載預(yù)壓法能取得良好效果，且經(jīng)濟(jì)可靠，各地區(qū)均已廣泛應(yīng)用。其原理是在軟土上作用先期臨時(shí)荷載，使土體的孔壓隨孔隙水的排出而逐漸消散，軟土發(fā)生固結(jié)變形，從而減少道路在使用期間的沉降。

3.1堆載預(yù)壓的設(shè)計(jì)

堆載預(yù)壓分為等載預(yù)壓和超載預(yù)壓。當(dāng)預(yù)壓荷載等于將來(lái)的永久使用荷載則為等載預(yù)壓，當(dāng)超過(guò)將來(lái)的永久使用荷載則為超載預(yù)壓。在超載條件下達(dá)到相同沉降量的預(yù)壓時(shí)間比等載預(yù)壓的時(shí)間要短，能大大縮短工期，因此，預(yù)壓力的設(shè)計(jì)時(shí)常采用一定比例的超載。

3.2豎向排水體及排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排水固結(jié)堆載預(yù)壓法的排水系統(tǒng)由豎向排水體、砂墊層、碎石盲溝和集水井構(gòu)成。豎向排水體是人工設(shè)置的排水通道，目的是為了縮短排水距離，加速土層的固結(jié)。豎向排水體的形式經(jīng)歷了普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等發(fā)展階段。由于塑料排水板具備了施工方便、質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可靠等特點(diǎn)，目前已廣泛采用，袋裝砂井只有在塑料排水板無(wú)法施工時(shí)才被采納，如施工場(chǎng)地上方有架空高壓線通過(guò)。塑料排水板有兩種布置方式，正方形布置和梅花形布置，一般間距0.9～1.1m，插板底部要求打穿淤泥層。

3.3固結(jié)沉降計(jì)算

3.3.1沉降計(jì)算

(1)沉降可分為瞬時(shí)沉降，固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。

式中，S、Sd、Se和Sa分別為總沉降、瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。

(2)瞬時(shí)沉降為土體發(fā)生剪切變形而產(chǎn)生的沉降。在大面積均載作用下，由于剪切變形很小，瞬時(shí)沉降可忽略不計(jì)。次固結(jié)沉降主要發(fā)生在淤泥層，可由土層的次固結(jié)系數(shù)、主固結(jié)完成時(shí)間、道路使用時(shí)間和土層厚度進(jìn)行計(jì)算。

式中，Sa為次固結(jié)沉降，Ca為次固結(jié)系數(shù)，h為淤泥層厚度，e為孔隙比，t1為道路使用時(shí)間，t0為主固結(jié)完成時(shí)間。

(3)主固結(jié)沉降用分層總和法計(jì)算，將整個(gè)壓縮土層劃分成適當(dāng)厚度的分層，計(jì)算各分層的沉降量再求總和。

式中，So為主固結(jié)沉降，Si為分層固結(jié)沉降。

淤泥和淤泥質(zhì)土的沉降可根據(jù)附加應(yīng)力的大小、土層的固結(jié)狀況和壓縮指數(shù)計(jì)算，其它土體的沉降可根據(jù)土層應(yīng)力的變化情況利用壓縮系數(shù)或壓縮模量計(jì)算。

3.3.2固結(jié)計(jì)算

軟土中有豎向排水插板的平均固結(jié)度可按豎向排水固結(jié)度和徑向排水固結(jié)度進(jìn)行計(jì)算，它們之間有如下關(guān)系:

式中，U為土層的平均固結(jié)度，，分別為豎向、徑向排水平均固結(jié)度。

4市政道路軟基路堤沉降動(dòng)態(tài)控制方法

4.1最終沉降量的推算

在路堤的實(shí)際施工中，大多采用多級(jí)加載方式，各級(jí)荷載的起止時(shí)段一般相差較大，且軟土層埋深的不同，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的沉降過(guò)程線大多呈多段式沉降遞增型曲線，每一次加載即出現(xiàn)沉降量明顯加快的過(guò)程，穩(wěn)定后沉降速率隨之放慢。為了提高推算成果的質(zhì)量，必須重視沉降板、桿的埋設(shè)和連接效果以及沉降觀測(cè)的精度。當(dāng)加載值達(dá)到包括路面荷載在內(nèi)的總荷載值后，必須維持3個(gè)月以上的恒壓，在此期間實(shí)測(cè)到具有精度較高的2～3次沉降觀測(cè)成果可作為外延和推算依據(jù)。推算方法按收斂規(guī)律來(lái)選擇，一般采用雙曲線法或指數(shù)法推算最終沉降量［1］，這在理論上比較合理。實(shí)際操作時(shí)，由于各種原因如施工過(guò)程造成觀測(cè)點(diǎn)破壞、沉降觀測(cè)資料不連續(xù)等，可采用較簡(jiǎn)便的沉降速率控制法來(lái)推算最終沉降量［2］。

4.2沉降動(dòng)態(tài)控制方法

在路堤施工全過(guò)程中要實(shí)施有效的動(dòng)態(tài)控制，必須確立合理的控制標(biāo)準(zhǔn)，以確保各結(jié)構(gòu)層的施工厚度并達(dá)到路面一次鋪筑成功和路面工程厚度變動(dòng)量最小的目的。具體操作時(shí)可按3～4等水準(zhǔn)測(cè)量精度的月沉降速率進(jìn)行控制。在路堤填筑期，應(yīng)控制填筑的速率，使之與地基固結(jié)速率相適應(yīng)，盡量減少附加沉降量。對(duì)于一般路堤，原地面沉降速率應(yīng)小于10mm或孔隙水壓力系數(shù)≤0.6;對(duì)于橋頭路堤，原地面每晝夜沉降速率可控制在5mm以內(nèi)。在堆載預(yù)壓期，當(dāng)一般路堤或橋頭填筑至路床頂面后，原地面連續(xù)2個(gè)月的實(shí)測(cè)沉降速率應(yīng)小于3～5mm/月，如果是超載預(yù)壓，沉降速率應(yīng)小于8mm/月。當(dāng)路堤施工至基層項(xiàng)面后，若原地面連續(xù)2個(gè)月的實(shí)測(cè)沉降速率應(yīng)小于3mm/月即可填筑瀝青混凝土下面層。對(duì)于道路與橋頭連接部分，橋頭沉降引起的縱坡變化必須小于i=0.4～0.6%且沉降差應(yīng)小于3～4cm。若能滿足上述標(biāo)準(zhǔn)，道路即可進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)處理。

4.3工程實(shí)例

某市政道路全線軟土采用超載預(yù)壓輔以塑料板排水固結(jié)處理，橋頭路堤過(guò)渡段采用水泥攪拌樁復(fù)合地基。道路按照上述沉降控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，竣工三年后，沿全線設(shè)置的70個(gè)軟基路堤觀測(cè)點(diǎn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下表1:

從表1中看出，沉降速率區(qū)間越小，工后沉降總值越小;工后沉降平均值隨沉降速率區(qū)間增大而增加。沉降速率介于3.0～6.0mm/月的只有4個(gè)點(diǎn)，而滿足工后沉降設(shè)計(jì)要求(小于3mm/月)的有66個(gè)點(diǎn)，占總數(shù)94.2%，說(shuō)明地基處理效果良好。