城市快速路主輔路基不同期堆載條件下沉降分析

□文/徐光輝 張占領(lǐng) 劉麗芬

隨著城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展，尤其是沿海區(qū)域的開發(fā)，軟土地基區(qū)域工程建設(shè)已成常態(tài)。目前我國軟土地基道路常用的處理方式有淺層換填、堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁（高壓旋噴樁）、CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁、泡沫輕質(zhì)土等，其中堆載預(yù)壓是最為經(jīng)濟(jì)、有效的處理方式。

1 堆載預(yù)壓軟土地基處理

堆載預(yù)壓軟土地基處理是排水固結(jié)法地基處理的一種，是在現(xiàn)狀軟土地基表層土基礎(chǔ)上逐步附加填土荷載直至所附加的填土荷載≥后期設(shè)計使用荷載，通過該外部附加的填土荷載增加不良軟土地基的有效土應(yīng)力，使軟土中的孔隙水通過排水通道不斷排出，最終軟土固結(jié)、超孔隙水壓力消失、地基承載力提高、工后沉降減少，達(dá)到軟土地基處理目的[1]。堆載預(yù)壓軟土地基設(shè)計主要包含預(yù)壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，只有預(yù)壓系統(tǒng)、排水系統(tǒng)二者合理搭配，才能完成土體固結(jié)，達(dá)到軟土地基處理目的[2]。堆載預(yù)壓軟土地基的預(yù)壓系統(tǒng)為施工預(yù)壓期外部所附加的填土荷載；排水系統(tǒng)主要包括豎向排水系統(tǒng)袋裝砂井或排水板及水平排水系統(tǒng)砂墊層、盲溝等。見圖1。

圖1 堆載預(yù)壓地基處理系統(tǒng)

要加速土體固結(jié)、縮短施工預(yù)壓工期，主要是提高預(yù)壓系統(tǒng)的預(yù)壓荷載和改良排水系統(tǒng)，但預(yù)壓荷載的提高往往就是實際工程大量的超載預(yù)壓，其不僅帶來工程造價的提高，還容易造成土體環(huán)境污染，甚至降低堆載土體穩(wěn)定性；因此改良排水系統(tǒng)是提高堆載預(yù)壓地基處理效果，縮短施工預(yù)壓期的首選。根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論，土體固結(jié)的時間與排水通道長度二次方成正比[3]。因此保持堆載預(yù)壓排水系統(tǒng)順暢，從而縮短排水通道長度是改良排水系統(tǒng)的首選。

目前常規(guī)的改良排水系統(tǒng)通道主要是基于沉降盆理論，通過加大水平向排水砂墊層的橫坡及縱向盲溝來保持堆載預(yù)壓施工沉降期的排水通道暢通；但隨著工程規(guī)模擴(kuò)大化、工程管理分工細(xì)化、工程建設(shè)分期、征拆難度影響等，常導(dǎo)致大規(guī)模的主輔路工程不能同步施工或僅局部段可以同步施工或主輔路基同一斷面含堆載和復(fù)合地基處理方式。主輔路施工時間差、同一斷面不同軟基處理方式將導(dǎo)致主輔砂墊層后期標(biāo)高差變化，常用的通過增大砂墊層橫坡難以保持施工預(yù)壓期排水通道的一直暢通，影響堆載預(yù)壓軟基處理效果、增加預(yù)壓工期。因此如何針對主輔堆載預(yù)壓非同步施工或同一斷面含堆載和復(fù)合地基不同處理方式情況改良排水系統(tǒng)，保持排水系統(tǒng)通暢成為該條件下堆載預(yù)壓軟土地基處理關(guān)鍵和難點。

2 工程概況

廣佛江快速通道江門段輔道工程新會段主輔路基標(biāo)準(zhǔn)段總寬為80 m，其中主路路基寬35 m，側(cè)分帶寬3～6.5 m，輔道半幅路基寬16 m。

線路現(xiàn)狀為種植園、魚塘、溝渠，場地地貌單元屬風(fēng)化殘丘地貌及三角洲沖積平原地貌，全線不良地質(zhì)主要為海陸交互相淤泥、淤泥質(zhì)土層構(gòu)成的軟土，淤泥、淤泥質(zhì)土層標(biāo)高0.5～-34.5 m，層厚4.0～28.0 m，均厚約15.0 m；除局部特殊段采用復(fù)合地基處理方式外，其他均采用堆載預(yù)壓軟基處理。

3 工程特點及重難點

主路為一級公路、輔路為城市次干路，分別隸屬不同政府部門管轄，不同設(shè)計院設(shè)計。根據(jù)原設(shè)計意圖，堆載預(yù)壓段主輔同步施工，主輔間通過60 cm砂墊層連通，砂墊層坡度2%～3%，主路為超載1.5 m預(yù)壓，輔道為等載預(yù)壓。經(jīng)計算，若主輔同步施工，考慮道路橫坡、砂墊層厚度影響，整個施工堆載預(yù)壓期的沉降盆均能保證砂墊層連通，保持排水通暢。見圖2。

圖2 主輔堆載預(yù)壓地基處理橫斷面

因征地拆遷進(jìn)度不同，導(dǎo)致主路先于輔道施工，局部段因邊界條件限制，主路采用超載預(yù)壓，輔道為CFG樁復(fù)合地基處理。見圖3。

圖3 主路堆載預(yù)壓+輔道CFG樁地基處理橫斷面

第三方沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，上述兩種特點條件下主路沉降具有明顯偏小或收斂性差，堆載工期需延長。

4 沉降存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場踏勘、施工記錄、建設(shè)單位反饋，結(jié)合第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過分層總和法計算主固結(jié)沉降量，采用太沙基固結(jié)理論計算地基平均固路基度，雙曲線擬合法計算最終沉降量，對全線主輔均堆載預(yù)壓段進(jìn)行統(tǒng)計分析[4～5]。主輔路基未能按原設(shè)計同步施工段及主路采用超載預(yù)壓+輔道為CFG樁地基處理段的主路第三方監(jiān)測沉降累計值、收斂性與常規(guī)堆載預(yù)壓土力學(xué)理論、原設(shè)計存在較大出入。由于篇幅限制，本文僅選取沉降偏小路段K34+685～K34+985及沉降不收斂段K39+085～K39+100進(jìn)行分析。

4.1 沉降偏小段

該段軟土層厚約14 m，主路超載預(yù)壓填土高度約3 m，輔道等載預(yù)壓填土高度約2 m。見圖4。

圖4 顯示，主路預(yù)壓已達(dá)恒載約3月，主路沉降約89 cm，沉降速度1～3 mm/d，收斂趨勢不明顯。預(yù)壓時間明顯長于設(shè)計預(yù)壓期。

經(jīng)復(fù)核，該監(jiān)測數(shù)據(jù)比原設(shè)計同期預(yù)測沉降量偏小。見表1。

表1 主路沉降量對比 cm

4.2 沉降不收斂段

主路超載預(yù)壓，超載高度1.5 m，填土高約5.5 m；兩側(cè)輔道CFG樁。見圖5。

圖5 K39+100沉降-時間-荷載曲線

圖5 中，達(dá)到恒載后6月沉降仍持續(xù)發(fā)展，沉降速度1～2 mm/d，但無衰減趨勢，無收斂性。

5 問題分析及建議措施

5.1 沉降偏小段

第三方監(jiān)測在K34+950布置的孔隙水壓力消散曲線，見圖6。

圖6 K34+950超孔壓消散曲線

由圖6 看出，超孔隙水壓力隨著上部荷載大小而變化，加載時超孔隙水壓力升高，靜壓期超孔隙水壓力逐漸減小且已基本消散完，其變化規(guī)律符合土力學(xué)理論。但根據(jù)理論分析，結(jié)合本項目其他孔位超孔隙水壓力圖類比，其超孔隙水壓力消減速率較慢。

造成該現(xiàn)象可能由于主輔路堆載預(yù)壓未同步施工且主路超載預(yù)壓，施工預(yù)壓后期主輔間砂墊層標(biāo)高錯位或連通性差，導(dǎo)致排水通道不暢，超孔隙水壓力釋放速率慢，降低沉降速率，延長了堆載預(yù)壓期。

建議繼續(xù)加強(qiáng)觀測，為縮短工期可適當(dāng)增加荷載超載預(yù)壓。

5.2 沉降不收斂段

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)計文件及施工記錄分析，造成該現(xiàn)象可能由于主路堆載預(yù)壓沉降較大，兩側(cè)輔道CFG樁處理沉降較小，導(dǎo)致主輔間排水砂墊層出現(xiàn)豎向高差錯位，排水通道不暢，影響超孔隙水壓力釋放速率及沉降速度。

建議繼續(xù)觀測，為縮短堆載工期，可增加超載土方再預(yù)壓一段時間后卸載。

6 結(jié)語

由于本項目堆載預(yù)壓已達(dá)恒載，不便大面積開挖確定砂墊層連通性，對本次分析帶來一定局限性，望后續(xù)項目有望繼續(xù)分析、探討。

鑒于本項目上述已獲得的基礎(chǔ)資料及理論分析，建議對于后續(xù)類似項目在水平向排水通道方面進(jìn)行如下改善：根據(jù)主輔路地質(zhì)條件、設(shè)計邊界條件計算預(yù)壓期主輔路最終沉降差及描繪沉降盆，在主輔路間設(shè)置一定厚度的縱向排水溝并間隔設(shè)置集水井并確保整個堆載預(yù)壓期沉降差小于縱向排水溝高度，縱向排水溝兩側(cè)主輔砂墊層與其一直連通，保持水平排水通道砂墊層的暢通。