泥質(zhì)軟巖棄渣填筑路堤沉降分析

趙麗娜

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

引言

泥質(zhì)軟巖內(nèi)部含有大量的親水性物質(zhì)，裂隙紋理發(fā)育，容易受到水的侵蝕產(chǎn)生破壞[1]。路堤施工過程中大顆粒的泥質(zhì)軟巖沒有被壓碎或壓實質(zhì)量差，存在大量孔隙會使水分滲入，浸泡路基造成結(jié)構(gòu)軟化，在車輛荷載和自然因素綜合作用下產(chǎn)生破壞[2]。

1 工程概況

山西省內(nèi)某高速公路有一段路堤長度為225 m，起訖點樁號為K16+320—K16+545，路堤填筑高度8.13～8.84 m，平均填筑高度為8.5 m。該段路堤一端與隧道連接，一端為挖方路塹，路基最大挖深為23 m。在隧道開挖和路塹開挖過程中產(chǎn)生了大量的泥質(zhì)軟巖棄渣，為節(jié)約施工成本，擬作為該段路堤填料。該段路堤地基土質(zhì)為第四系粉土，下伏基巖為砂巖、泥巖、頁巖等，實測地基承載力為200 kPa。

2 沉降監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測方案

為了準確確定泥質(zhì)軟巖路堤沉降變形情況，在路基填筑施工過程中對路基沉降開展監(jiān)測[3]。沉降監(jiān)測的內(nèi)容主要包括路基填筑速率和最終沉降量，以確定路基的穩(wěn)定性。路基內(nèi)部沉降監(jiān)測采用水平測斜儀法，施工過程中布置水平測斜管開展監(jiān)測。路堤頂面和坡腳沉降監(jiān)測，是在完工后布置監(jiān)測樁，并采用水準測量進行監(jiān)測。路堤沉降監(jiān)測包括填筑施工階段、路堤穩(wěn)定階段和完工后三個階段，穩(wěn)定期是路堤填筑完成到路面施工前，其中路堤頂面沉降監(jiān)測只包含后兩個階段。在路堤沉降監(jiān)測的三個階段，均經(jīng)歷了多次降雨，由于填筑階段降雨后需要晾曬后方可進行下一步填筑施工，故不考慮降雨對沉降的影響。

2.2 測點布置

路堤每個監(jiān)測斷面布置三道水平測斜管，自下而上分別為地基頂面、地基以上3 m、地基以上6 m。 埋設(shè)完成后使用水平測斜儀進行首次測量，作為初始讀數(shù)。路堤頂部每個斷面埋設(shè)7根鋼釬作為沉降監(jiān)測樁，路堤坡腳沉降監(jiān)測樁采用C25混凝土預(yù)制方樁，長度為1.8 m，每側(cè)3根，共6根。選取K16+400、K16+500兩個監(jiān)測斷面，分別布置水平測斜管和測樁，監(jiān)測斷面測點布置見圖1。

圖1 沉降監(jiān)測斷面測點布置/m

3 路堤沉降監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 泥質(zhì)軟巖路堤沉降速率分析

在泥質(zhì)軟巖路堤填筑施工過程中，對路堤沉降速率進行監(jiān)測，可用于指導(dǎo)路堤填筑施工[4]。通過分析監(jiān)測結(jié)果，還可以預(yù)測路堤沉降變形趨勢，確定路面施工時間。通過對3根水平測斜管開展監(jiān)測，收集不同填筑高度路基的沉降變形量，繪制填筑高度-沉降量-時間變形曲線，見圖2～圖4。

圖2 一號測斜管監(jiān)測曲線

圖4 三號測斜管監(jiān)測曲線

結(jié)合圖2監(jiān)測數(shù)據(jù)，路堤沉降主要發(fā)生在填筑施工階段，其中路基填筑到8.5 m時達到最大，為4.52 cm， 該階段沉降速率約為0.11 cm/d。在穩(wěn)定階段和完工階段，路堤總體沉降量較小，到監(jiān)測完畢，總沉降量為6.11 cm。分析各施工階段路堤沉降變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以得出路堤填筑施工對沉降量的影響最大，而路面結(jié)構(gòu)層施工相對較小。

結(jié)合圖3監(jiān)測數(shù)據(jù)，填筑施工階段最大沉降量為5.16 cm，沉降速率約為0.12 cm/d。路堤穩(wěn)定階段和完工階段路堤沉降量繼續(xù)增加，但受路面結(jié)構(gòu)層施工影響不大，最終沉降量達到6.45 cm。在現(xiàn)場沉降監(jiān)測期間，由于出現(xiàn)了多次降雨，二號測斜管兩側(cè)的監(jiān)測點出現(xiàn)了沉降量突然增大的現(xiàn)象，較其他測點沉降量平均增加了約7.1 mm，說明降雨對路堤沉降的影響顯著。

圖3 二號測斜管監(jiān)測曲線

分析圖4監(jiān)測數(shù)據(jù)，路基中線位置沉降變形較大，兩側(cè)相對較小。在填筑施工階段中線部位沉降量為5.58 cm，沉降速率為0.13 cm/d，滿足填筑期路堤的沉降速率要求。相較而言，路堤穩(wěn)定階段沉降量更大，三個月沉降量大約增加了1.52 cm，說明路面結(jié)構(gòu)層施工對三號測斜管的沉降量影響顯著。

分析圖2～圖4曲線變化趨勢，隨著路基填筑厚度的增加，路基沉降量勻速增加，總體表現(xiàn)為前期沉降速率高，后期沉降速率低，填筑完成后路基沉降量逐步趨于穩(wěn)定。在路堤填筑施工階段，路基沉降量基本與填筑高度呈正比，穩(wěn)定階段和完工階段路堤不同深度的沉降變形有較小的差異，但總體變化趨勢較為平緩。

3.2 泥質(zhì)軟巖路堤全斷面沉降分析

在路堤填筑施工、穩(wěn)定和完工階段，分別對路堤全斷面進行沉降監(jiān)測，收集數(shù)據(jù)計算路堤各施工階段全斷面沉降變形情況見表1。

分析表1數(shù)據(jù)，在路堤填筑施工、穩(wěn)定和完工階段，沉降變形總體呈現(xiàn)中部大、兩側(cè)小的趨勢。雖然在不同施工階段存在一定的差異，但路堤沉降變形與路堤填筑高度總體成正比關(guān)系。在路堤填筑階段，填料自重和車輛荷載導(dǎo)致地基和路堤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓縮變形，進而產(chǎn)生不均勻沉降。在穩(wěn)定階段，路堤沉降主要是由填料自重和降雨影響產(chǎn)生的，沉降量與路堤高度成正比，路堤中線部位沉降量最大，兩側(cè)路肩最小。在完工階段，路堤沉降主要是由路面施工和行車荷載造成的，監(jiān)測結(jié)果表明路堤中線部位沉降量相對較大，這是由路面結(jié)構(gòu)層施工和行車荷載造成的。監(jiān)測后期，路堤沉降變形基本穩(wěn)定，說明路堤壓實質(zhì)量滿足規(guī)范要求，施工質(zhì)量合格。

4 結(jié)語

（1）路堤沉降變形速率監(jiān)測結(jié)果表明，隨著路基填筑高度的增加，沉降量不斷增加，地基沉降量在填筑階段沉降速率最大，穩(wěn)定階段和完工階段沉降速率較小；路堤中部（地基以上3 m）在填筑施工階段和穩(wěn)定階段沉降速率均較大，且受到降雨影響較明顯；路堤上部（地基以上6 m）在填筑施工階段和穩(wěn)定階段沉降速率相較更大，且受到路面施工影響較明顯。（2）結(jié)合路堤全斷面變形監(jiān)測結(jié)果，呈現(xiàn)中線位置沉降量大，兩側(cè)路肩沉降量相對較小，在路堤填筑施工階段沉降量與路堤填筑高度成正比，填筑高度越大沉降量越大；在穩(wěn)定階段，由于受到降雨影響使路堤沉降量增加；在完工階段，路堤全斷面各部位沉降量均較小，說明路堤內(nèi)部密實，壓實質(zhì)量滿足規(guī)范要求。（3）結(jié)構(gòu)自重、降雨和行車荷載等是造成路基沉降的主要影響因素，可通過提高路基中部壓實度、做好路基施工期排水、適當預(yù)留路堤填筑高度保證路基標高等方式降低沉降變形的影響。