洪泛區(qū)軟基處理施工技術(shù)

張龍

（中鐵十四局集團(tuán)第一工程發(fā)展有限公司，山東日照 276826）

1 引言

路基施工過(guò)程中，軟土地基會(huì)造成諸多工程問(wèn)題。

1）地基承載力和穩(wěn)定性問(wèn)題，在道路荷載（靜力和動(dòng)力荷載）作用下，地基承載力不能滿足要求時(shí)，地基會(huì)產(chǎn)生局部或整體剪切破壞[1]，影響道路的正常使用，引起道路破壞或邊坡失穩(wěn)。

2）沉降、水平位移及不均勻沉降問(wèn)題，在荷載作用下（靜力和動(dòng)力荷載），地基產(chǎn)生變形。 當(dāng)?shù)缆烦两?、水平位移、或不均勻沉降超過(guò)允許值時(shí)，會(huì)影響道路的正常使用，甚至可能引起破壞。 道路沉降量較大時(shí)，不均勻沉降往往也比較大，不均勻沉降對(duì)道路的危害更大。

因此，軟土地基的處理在路基施工過(guò)程中尤為重要。

2 工程背景

本文以阿爾及利亞?wèn)|西高速公路東標(biāo)段項(xiàng)目為工程背景。 本項(xiàng)目位于阿爾及利亞?wèn)|部安納巴省至突尼斯邊境，共84 km（起止里程PK339+416～PK424+200）。 沿線地形以山地和丘陵為主，大部分地段地形起伏較大。 本文以PK360+790～PK363+290 為例， 對(duì)東標(biāo)段84 km 項(xiàng)目洪泛區(qū)軟基處理技術(shù)及實(shí)施方案進(jìn)行介紹。

PK360+790～PK363+290 位于2 號(hào)洪泛區(qū)，根據(jù)理論計(jì)算，作為填方基礎(chǔ)的黏土和軟土層的沉降在20～63 cm。 為了解洪泛區(qū)的沉降性能，在PK362+640～PK362+720 處布置試驗(yàn)段進(jìn)行觀測(cè)。 觀測(cè)目的是根據(jù)觀測(cè)結(jié)果確定超載高度，使填方堆載3 個(gè)月后地基的剩余沉降量小于工后沉降的容許值。

鑒于項(xiàng)目工期緊張的實(shí)際情況， 為了加快洪泛區(qū)的路堤施工進(jìn)度，項(xiàng)目決定在試驗(yàn)段施工期間，同步實(shí)施試驗(yàn)段相鄰路基的填方施工。 這樣既能保證施工進(jìn)度，也能爭(zhēng)取更多的預(yù)壓時(shí)間，使軟弱土充分固結(jié)，保證填方路基質(zhì)量。

3 試驗(yàn)段布設(shè)

3.1 試驗(yàn)段位置及尺寸

為保證試驗(yàn)段的壓實(shí)度，試驗(yàn)段的長(zhǎng)度應(yīng)滿足碾壓機(jī)械工作面的需求， 將試驗(yàn)段長(zhǎng)度定為100 m, 位于PK362+620～PK362+720 段，包含洪泛區(qū)最不利的路段PK362+654～PK362+673。

在本次設(shè)計(jì)中，由于試驗(yàn)段與其相鄰路基同時(shí)期填筑，試驗(yàn)段填方也是最終的路基而不是臨時(shí)工程，因此，試驗(yàn)段采用與最終填方相同的路基填料， 試驗(yàn)段的填筑寬度也與最終填方保持一致。

3.2 觀測(cè)設(shè)備

3.2.1 沉降板

在路基填方施工之前安裝沉降板， 沉降板安裝在路基的中心位置，沉降觀測(cè)樁設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 沉降觀測(cè)樁設(shè)計(jì)

3.2.2 水壓計(jì)

水壓計(jì)安裝在與沉降板相同的點(diǎn)，PVC 過(guò)濾作為集水管，然后用透水土工布包裹。 基礎(chǔ)土壤中的地下水流向此處，形成一個(gè)水位，通過(guò)觀察來(lái)測(cè)量。 在地下水位下方的黏土層安裝水壓計(jì)的集水段， 通過(guò)鉆探核查了地質(zhì)性質(zhì)之后確定具體深度。 水壓計(jì)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 水壓計(jì)設(shè)計(jì)圖

3.2.3 位移樁

對(duì)于位移樁，插入1 根鋼管，在樁頂設(shè)置帶十字槽的光圓鋼筋觀測(cè)點(diǎn)。 觀測(cè)該探頭的高程和水平距離。

位移樁安裝在距離坡腳5 m、10 m、15 m 和20 m 處，在30 m 處為固定不動(dòng)點(diǎn)，作為測(cè)量這些樁的基準(zhǔn)點(diǎn)。 但是，這些安裝點(diǎn)可以根據(jù)施工時(shí)工地的實(shí)際情況而調(diào)整。

3.3 觀測(cè)頻率

在填方施工期間，每填筑1 層應(yīng)觀測(cè)1 次；如果2 次填筑間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，每周至少觀測(cè)2 次，直到完工后一周。

路堤填筑完成一周后， 堆載預(yù)壓期間觀測(cè)頻率應(yīng)視地基穩(wěn)定情況而定，一般每周觀測(cè)1 次，直至沉降結(jié)束。

沉降穩(wěn)定是指由預(yù)測(cè)的沉降量與測(cè)量的沉降量之差而得到的剩余沉降量（Sr）小于容許值。

3.4 沉降及穩(wěn)定性控制

3.4.1 穩(wěn)定控制

安全控制主要在施工過(guò)程中進(jìn)行，以便監(jiān)控填方的穩(wěn)定性。

同時(shí)應(yīng)用這兩種控制方法：

1）填方坡腳的每日位移量（δ）超過(guò)2 cm 時(shí)是危險(xiǎn)的（穩(wěn)定：δ＜2 cm/d；危險(xiǎn)：δ≥2 cm/d）；

2）基于填方沉降s 和坡腳位移δ 的關(guān)聯(lián)系數(shù)（δ/s-s）預(yù)估填方基礎(chǔ)的安全性（危險(xiǎn)：關(guān)聯(lián)系數(shù)顯示為危險(xiǎn)；到危險(xiǎn)狀態(tài)的過(guò)度：關(guān)聯(lián)系數(shù)靠近危險(xiǎn)狀態(tài)；安全：關(guān)聯(lián)系數(shù)位于安全狀態(tài)，未觀察到有靠近危險(xiǎn)狀態(tài)的趨勢(shì)）。 路堤的沉降量通過(guò)布置在路中心的沉降板來(lái)測(cè)量。

需要根據(jù)觀測(cè)的結(jié)果調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工。 如果認(rèn)為填方基礎(chǔ)正演變?yōu)槲ｋU(xiǎn)狀態(tài)或者已經(jīng)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，那么暫停施工，并監(jiān)控情況的發(fā)展。 如果情況繼續(xù)惡化，采取處理措施比如設(shè)置反壓護(hù)道。 如果發(fā)現(xiàn)填方基礎(chǔ)朝著穩(wěn)定方向發(fā)展，那么謹(jǐn)慎地重新開(kāi)始填方施工。

3.4.2 沉降控制

沉降控制的目的是了解填方基礎(chǔ)的沉降狀態(tài)， 沉降控制方式如下：

1）按照沉降-時(shí)間的相關(guān)性對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，然后采用雙曲線方法推算最終沉降量Sf。

2）一旦推算出Sf，就可以用式（1）和式（2）評(píng)估當(dāng)前的沉降狀態(tài)。 此外，在每次累計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行最終沉降量的預(yù)測(cè)。

式中，U 為固結(jié)度，%；Sr為剩余沉降，mm；S′為特定時(shí)刻的沉降，mm；Sf為最終沉降量，mm。

在考慮沉降數(shù)據(jù)的情況下， 根據(jù)填方基礎(chǔ)孔隙水壓力的變化趨勢(shì)來(lái)了解穩(wěn)定狀況。 當(dāng)剩余沉降Sr（由測(cè)量沉降和預(yù)測(cè)沉降之間的差異來(lái)確定）低于容許值時(shí)，認(rèn)為沉降已經(jīng)穩(wěn)定，可以結(jié)束觀測(cè)。如果最終沉降量Sf很大，且預(yù)測(cè)完工后的填方高度低于設(shè)計(jì)高度，應(yīng)對(duì)方案進(jìn)行核查并增加填方高度。

4 現(xiàn)場(chǎng)把控

4.1 現(xiàn)場(chǎng)清理

開(kāi)始施工時(shí)，選擇在雨季結(jié)束后，此時(shí)地表積水嚴(yán)重，開(kāi)始對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清理。

4.2 布置觀測(cè)設(shè)施

在選定的位置布置沉降板、水位計(jì)、位移樁等觀測(cè)設(shè)施；依照地質(zhì)勘探，在理論沉降量最大處布置沉降板等觀測(cè)設(shè)置；水位觀測(cè)管埋設(shè)深度依照地質(zhì)勘探確定水位并埋設(shè)， 采用潛孔鉆鉆眼。 觀測(cè)管下部20 cm 四周打孔，并用土工布包裹。

4.3 填筑第一層

1）填筑試驗(yàn)段第一層（上料）：下面鋪設(shè)50～500 mm 片石，上面鋪設(shè)0～200 mm 片石，保證可以上碾壓設(shè)備。 片石攤平過(guò)程中采用推土機(jī)進(jìn)行施工，保證層面平整，石塊緊密。

第1 步：自卸車在填料區(qū)卸料，后將50～500 mm 片石用推土機(jī)進(jìn)行攤平。

第2 步：將0～200 mm 片石用推土機(jī)進(jìn)行攤平。 運(yùn)料車可直接在攤平后的路基上直接卸料。

2）填筑試驗(yàn)段第一層（碾壓）：按照相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，使用V5 級(jí)的振動(dòng)式單缸輪壓路機(jī)對(duì)把鋪好的材料進(jìn)行碾壓（碾壓8 遍）。

3）填筑試驗(yàn)段第一層（檢測(cè)）：由于填石工程施工無(wú)法進(jìn)行γ 檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)采用驗(yàn)算Q/S 法[2]（Q 為填筑層體積；S 為累計(jì)碾壓面積，S=頂面面積×碾壓次數(shù)），其中，Q 的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 PK362+620～PK362+720 段Q/S 驗(yàn)算表

根據(jù)GTR（法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《公路工程指南（Guide des travaux routiers）》）規(guī)定、Q/S 法查詢表。 斷面體積Q 按照斷面收方的方式進(jìn)行計(jì)算，得出Q=4 456.67 m3。 頂面面積為4 524.9 m2，壓路機(jī)碾壓8 遍，S=4 524.9×8=36 199.2 m2。 按照Q/S 驗(yàn)算表中的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的比值≥1 的要求進(jìn)行驗(yàn)算， 得0.145/（4 456.67/36 199.2）=1.18≥1， 因此，V5 級(jí)壓路機(jī)， 碾壓8 遍后，滿足要求。

4.4 沉降觀測(cè)

依照規(guī)定要求：沉降觀測(cè)在填筑期間，保持2 次/周；填筑完成后一個(gè)星期內(nèi)2 次/周；填筑完成一個(gè)星期后1 次/周。 位移觀測(cè)，預(yù)估填方坡腳的每日位移量超過(guò)2 cm 時(shí)是危險(xiǎn)的。

4.5 循環(huán)填筑施工

實(shí)施第二層如此循環(huán)， 直至洪泛區(qū)百年洪水位（NPHE 100）+50 cm 高度+理論沉降量。

4.6 鋪設(shè)土工布

填筑到片石標(biāo)高填筑高度后，鋪設(shè)土工布。

4.7 普通土填筑

填石施工完畢后， 可進(jìn)行普通土填筑， 普通土填筑過(guò)程中，仍然保持沉降觀測(cè)和水平觀測(cè)，填筑直至設(shè)計(jì)標(biāo)高+理論沉降量；填筑完成后，由觀測(cè)數(shù)據(jù)確定路基穩(wěn)定，去除殘余土方直至路基頂面層標(biāo)高后，方可進(jìn)行后續(xù)路面層的施工。

5 結(jié)語(yǔ)

洪泛區(qū)軟基處理技術(shù)在阿爾及利亞?wèn)|西高速東標(biāo)段項(xiàng)目PK360+790～PK363+290 段洪泛區(qū)取得了良好的效果。 施工過(guò)程中沉降可控，并最大限度地避免了工后沉降。 該段軟土路基處理滿足阿爾及利亞相關(guān)規(guī)范要求。 相關(guān)類似軟土地基處理建議總結(jié)如下。

1）軟土地基處理后，施工期間和使用期間應(yīng)是穩(wěn)定的，不因填筑荷載、施工機(jī)械和交通荷載的作用而引起破壞，也不應(yīng)給橋臺(tái)、涵洞、擋土墻等構(gòu)筑物及沿線設(shè)施帶來(lái)過(guò)大的變形。

2）為避免路基沉降給涵洞、擋土墻等構(gòu)筑物造成變形破壞，應(yīng)首先考慮提前填筑路堤、在其充分沉降后再修建構(gòu)筑物的方案。 如同時(shí)施工，則需設(shè)置達(dá)到持力層的基礎(chǔ)，以防止過(guò)大的位移和沉降。

3）為避免路面的變形破壞，以及連接橋梁、涵洞等構(gòu)筑物的引路路堤產(chǎn)生不均勻沉降，應(yīng)嚴(yán)格控制工后沉降。