城市道路軟土地基沉降變形監(jiān)測(cè)

李彤桐，王丕祥

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

?

城市道路軟土地基沉降變形監(jiān)測(cè)

李彤桐，王丕祥*

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

城市道路大面積進(jìn)行軟土地基處理時(shí)，常采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法，為了控制施工安全和質(zhì)量，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，在所有的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，地基沉降變形是最重要的一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證表明，加載期軟土地基沉降速率較快，其沉降量可達(dá)總沉降量的50%以上，預(yù)壓期沉降過(guò)程曲線表現(xiàn)出逐漸收斂的過(guò)程；根據(jù)兩監(jiān)測(cè)斷面顯示的數(shù)據(jù)可知，要達(dá)到卸載條件，超載預(yù)壓期至少要在10～12月以上，軟土層厚度越大，預(yù)壓期越長(zhǎng)；推測(cè)出軟基工后沉降、固結(jié)度、連續(xù)兩個(gè)月的沉降量同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，再進(jìn)行卸載，更有利于保證工程質(zhì)量。研究成果可為本區(qū)域軟土地基的設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)。

城市道路；軟土地基；沉降變形；堆載預(yù)壓期；工后沉降

0 引 言

目前，在城市道路中，大面積處理軟土地基的主要方法是堆載預(yù)壓-排水固結(jié)法[1-3]。其主要優(yōu)點(diǎn)施工速度快，工程造價(jià)低。但也存在缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為施工堆載預(yù)壓期長(zhǎng)[4]；卸載時(shí)間確定不合理，易造成工后沉降量大[5]；路堤填筑的過(guò)程中要達(dá)到軟土排水固結(jié)增長(zhǎng)的強(qiáng)度與施工加載相匹配，否則易出現(xiàn)軟土地基失穩(wěn)現(xiàn)象[6-7]。要保證施工過(guò)程中軟土地基的穩(wěn)定性，減少工后沉降，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，其主要方法就是進(jìn)行軟土地基穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)[8-10]。

1 工程概況

本次實(shí)施的是江門(mén)市濱江新區(qū)新南路西段(江沙路～天沙河路)，分為兩個(gè)標(biāo)段，分別為西段一標(biāo)和西段二標(biāo)。規(guī)劃為城市I級(jí)主干路，主線標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為雙向8車道，路基寬度60 m，路線全長(zhǎng)3 km。

新南路西段軟基監(jiān)測(cè)共設(shè)15個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)斷面分別為K0+110、K0+310、K0+510、K0+710、K0+870、K1+030、K1+190、K1+375、K1+710、K1+970、K2+170、K2+370、K2+570、K2+770、K2+970。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括地表沉降、深層沉降、分層沉降、孔隙水壓力、邊樁水平位移、深層側(cè)向位移及十字板剪切試驗(yàn)。監(jiān)測(cè)斷面處大多數(shù)采用塑料排水版法處理軟土地基，個(gè)別斷面采用換填法[11]，如K1+375、K1+970。由于軟基變形監(jiān)測(cè)結(jié)果是一項(xiàng)重要的指標(biāo)[12]，所以本文重點(diǎn)探討軟土地基沉降變形特征，選取的典型斷面為K2+370和K2+570，該兩個(gè)斷面自2011年4月進(jìn)行軟土地基處理，同年5月開(kāi)始路堤填筑，9月路堤填筑完成，開(kāi)始預(yù)壓，2012年9月開(kāi)始卸載，同年10月開(kāi)始鋪筑路面，12月底主體工程完工。

2 場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件

根據(jù)深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司“江門(mén)市濱江新區(qū)新南路西段(江沙路-天沙河路)建設(shè)工程施工圖設(shè)計(jì)巖土工程勘察報(bào)告”，本項(xiàng)目所處區(qū)域位于江門(mén)市北部，地貌屬于三角洲邊緣淤泥沖擊地帶，地形較平坦，地勢(shì)較低，地形開(kāi)闊。沿線場(chǎng)地主要為魚(yú)塘、溝涌，少量農(nóng)田。根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)分布的地層主要有人工填土層、第四系沖積層和殘積層，下伏基巖為白堊系粉砂質(zhì)泥巖。各巖土層工程特性指標(biāo)及參數(shù)建議值見(jiàn)表1。

由此可見(jiàn)，本區(qū)域主要軟土為第四系沖擊層中的：黏土②1淤泥②2淤泥質(zhì)土②5。

表1 各巖土層工程特性指標(biāo)建議值表Tab.1 The suggested values for the project characteristic index of every soil layer

3 軟土地基沉降變形監(jiān)測(cè)方法

堆載預(yù)壓區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用接桿式觀測(cè)標(biāo)。觀測(cè)標(biāo)由長(zhǎng)100 cm，直徑25～40 mm的鋼管和500 mm×500 mm×10 mm的鋼板(稱沉降板)組成，配若干50 cm接長(zhǎng)桿，如圖1所示。底部鋼管用互成120°的撐腳三角板焊接在沉降板中心處，節(jié)管用管箍連接。節(jié)管頂部用護(hù)管帽蓋住。

監(jiān)測(cè)人員按設(shè)計(jì)的樁號(hào)斷面將沉降板于砂墊層整平驗(yàn)收后、施打排水板之前埋入砂墊層底部。埋好穩(wěn)定后測(cè)初始標(biāo)高，下次測(cè)量時(shí)根據(jù)標(biāo)高差，求得本階段的沉降量。當(dāng)填土達(dá)到一定高度后需要接管時(shí)，首先測(cè)下面鋼管的頂面標(biāo)高，計(jì)算出沉降量，然后接管并測(cè)出接管后的頂面標(biāo)高作為初始標(biāo)高。隨著填土的增高，循序逐節(jié)升高，重復(fù)上述工作[13-14]。

監(jiān)測(cè)頻率要達(dá)到土方填筑期間1次/d，間歇期1次/3 d，滿載預(yù)壓期第一個(gè)月1次/2 d，一個(gè)月后1次/7 d，已達(dá)到指導(dǎo)施工的要求。

圖1 沉降板Fig.1 Settlement board

4 沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.1 沉降過(guò)程分析

本文采用兩個(gè)典型斷面K2+370和K2+570，對(duì)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。K2+370路堤填土高度為5.3 m，主要軟土層厚度5.6 m，K2+570路堤填土高度4.4 m，軟土層厚度9.1 m。圖2和圖3分別為K2+370和K2+570沉降過(guò)程曲線，由曲線的展布特征可知，加載期，主要在前120 d，軟土地基沉降速率較快，其沉降量可達(dá)總沉降量的50%以上，預(yù)壓期，雖然總沉降量在逐漸增加，但沉降速率是逐漸減小的，沉降過(guò)程曲線表現(xiàn)出逐漸收斂的過(guò)程，根據(jù)兩監(jiān)測(cè)斷面顯示的數(shù)據(jù)可知，要達(dá)到卸載條件，超載預(yù)壓期至少要在10～12月以上，其中K2+370預(yù)壓期可以短一些，其主要原因是軟土層的厚度相對(duì)較薄。軟土地基的沉降量和沉降過(guò)程受路堤填土高度、填土過(guò)程、軟土的性質(zhì)及軟土層的厚度等因素的影響，對(duì)比圖2和圖3可知，雖然K2+370填土高度比K2+570大，但K2+570沉降量比K2+370的大(主要是指中間沉降板的對(duì)比)，而且K2+570中間沉降量與兩側(cè)沉降量差異較大，這主要是由軟土層的厚度所引起的，即軟土厚度越大，差異沉降越明顯，這也符合附加應(yīng)力分布規(guī)律[15]。

圖2 K2+370地表沉降與監(jiān)測(cè)時(shí)間關(guān)系曲線 (監(jiān)測(cè)階段2011.4.26-2012.7.28)Fig.2 The relationship of ground settlement and monitoring time in K2+370(Monitoring period 2011.4.26-2012.7.28)

圖3 K2+570地表沉降與監(jiān)測(cè)時(shí)間關(guān)系曲線 (監(jiān)測(cè)階段2011.4.26-2012.9.15)Fig.3 The relationship of ground settlement and monitoring time in K2+570(Monitoring period 2011.4.26-2012.9.15)

4.2 軟土地基工后沉降及固結(jié)度分析

道路軟土地基工后沉降量過(guò)大，易造成路面開(kāi)裂、積水、橋頭跳車等病害[16-18]，因此，在城市道路的軟土路基路段，對(duì)工后沉降有明確的要求，一般路基不大于30 cm，橋頭不大于10 cm，固結(jié)度要達(dá)到90%以上[19]。表2統(tǒng)計(jì)了兩監(jiān)測(cè)斷面中間沉降板的工后沉降、最后連續(xù)兩個(gè)月的沉降量及固結(jié)度情況，其中工后沉降的推測(cè)采用“雙曲線”擬合法，推測(cè)時(shí)間按15 a計(jì)[20]。

由此可見(jiàn)，卸載前推測(cè)的工后沉降滿足要求。

表2 兩監(jiān)測(cè)斷面沉降變形指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 The statistical table of settlement formation indicators in two monitoring sections

5 結(jié) 論

(1)根據(jù)兩監(jiān)測(cè)斷面顯示的數(shù)據(jù)可知，采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法處理軟土地基，要達(dá)到卸載條件，超載預(yù)壓期至少要在10～12月以上，為本區(qū)域軟土地基的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

(2)在軟土層埋深相近的前提下，軟土地基的差異沉降主要受路堤填土高度、軟土層的厚度影響，路堤填土高度越大、軟土層的厚度越大，軟土地基的差異沉降越明顯。

(3)采用“雙曲線”推測(cè)軟土地基的工后沉降，滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]文登國(guó)，秦 陽(yáng).軟基真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)及其沉降規(guī)律分析[J].鐵道建筑，2014，54(8)：83-85.

[2]劉寒鵬，杜東菊，孫 銳.真空預(yù)壓軟基處理沉降監(jiān)測(cè)分 析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，17(1)：111-114.

[3]龍浪波.塑料排水板真空聯(lián)合堆載預(yù)壓軟基處理沉降監(jiān)測(cè)分析[J].四川建筑，2015，35(2)：86-90.

[4]Tang X，Palomino A M，Stoffels S M.Permanent deformation behaviour of reinforced flexible pavements built on soft soil subgrade[J] Road Materials and Pavement Design，2016，17 (2)：311-327.

[5]Embankments B T F S.Analysis of settlement and lateral deformation of soft clay foundation beneath two full-scale embankments.International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics，1997，21：599-618.

[6]尹培林，王 新.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓軟基監(jiān)測(cè)[J].水運(yùn)工程，2015，39(3)：61-77.

[7]張學(xué)峰.高速公路軟基沉降監(jiān)測(cè)及處理技術(shù)分析[J].華東公路，2014，37(6)：21-22.

[8]喻志發(fā)，閆澍旺.排水固結(jié)法加固軟土地基的監(jiān)測(cè)控制[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2011，31(6)：27-30.

[9]何 濤，陳明曉，張偉帆.某軟基真空預(yù)壓沉降監(jiān)測(cè)分析及最終沉降量推算[J].中國(guó)水運(yùn)，2011，15(4)：107-148.

[10]關(guān)振長(zhǎng)，陳 詩(shī)，黃明等.軟基處理中土體抗剪強(qiáng)度與壓縮模量的研究[J].地下空間與工程，2015，11(1)216-221.

[11]Chan C M，Wong P Y，Lee C C.Subsidence Control of Construction on Soft Soils with “Akar Foundation”[J].Modern Applied Science，2010，4(8)：12-13.

[12]金宗川，顧國(guó)榮，韓黎明,等.大面積堆載作用下軟土地基變形特性[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(6)：1056-1060.

[13]胡漢兵，胡勝剛.軟土路堤工后沉降監(jiān)測(cè)、分析與控制[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2010，27(4)：40-43.

[14]Kim S N.Probabilistic analysis of settlement for a floating foundation of soft clay[J].KSCE Journal of Civil Engineering，2002，6(3)：235-241.

[15]Al-Homoud A S，Tanash N.Monitoring and analysis of settlement and stability of an embankment dam constructed in stages on soft ground[J].Bulletin of Engineering Geology and the Environment，2001，59 (4)：259-284.

[16]Yu J，Cai Y，Qi Z，et al.Analytical Analysis and Field Test Investigation of Consolidation for CCSG Pile Composite Foundation in Soft Clay[J].Journal of Applied Mathematics，2013：1-14.

[17]熊慧中，王 平，呂 鑫，等.超淺埋大跨度連拱隧道下穿國(guó)道沉降控制研究[J].公路工程，2014，39(6)：25-28+55.

[18]孫全勝，常繼峰.基于支持向量機(jī)的多年凍土路基融沉變形預(yù)測(cè)[J].公路工程，2014，39(5)：136-140+148.

[19]Yuan Q，Cui Z.Two-Dimensional Numerical Analysis of the Subgrade Improved By Stone Columns in the Soft Soil Area[J] Marine Georesources & Geotechnology，2016，34 (1)：79-86.

[20]Ma F，Zheng Y，Yang F.Research on deformation prediction method of soft soil deep foundation pit[J].Journal of Coal Science and Engineering (China)，2008，14 (4)：637-639.

Settlement Deformation Monitoring of Soft Soil Foundation of Urban Road

Li Tongtong ，Wang Pixiang*

(College of Civil Engineering ，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

The stack preloading consolidation method was always used to conduct soft soil foundation process for urban roads.In order to control the quality and ensure the safety in the construction，it needs to command the execution according to the monitoring data.The foundation deformation monitoring is the most important one in the all monitoring items.Through the real construction cases，it was demonstrated that the settling rate of soft soil foundation was much faster during the loading process and could reach above 50 % of total deposition.In the pre-compression process，the subsidence process curve showed a gradual convergence process.According to the data shown in the two monitoring sections，the preloading time above 10 or 12 months can reach unloading condition.The more thick soft soil，the longer preloading time.Unloading work was conducted when the settling volume of soft soil post-construction，consolidation，and subsidence in consecutive two months was speculated，meanwhile，satisfied the design requirements，which could ensure the engineering quality more effectively.The results of this study can provide scientific foundation for soft soil foundation design and construction in the local region.

Urban roads；soft soil foundation；settlement deformation；stack preloading period；post-construction settlement

2016-03-29

住房和城市建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(2011-K5-36)

李彤桐，本科生。研究方向：土木工程。

李彤桐，王丕祥.城市道路軟土地基沉降變形監(jiān)測(cè)[J].森林工程，2016，32(6)：89-92.

U 416

A

1001-005X(2016)06-0089-04

*通信作者：王丕祥，碩士，副教授。研究方向：交通工程。

E-mail：wangpixiang@126.com