謝秀棟,鄭 航,闕 云

(福州大學(xué)土木工程學(xué)院,福州350108)

1 工程概況

某公路拓寬改建項目,道路等級為城市I級主干道,道路全長約4.16 km,規(guī)劃紅線寬度為40～80 m。某排澇站出水池位置緊靠公路路基邊緣,最近處僅約2 m的距離(見圖1)。從施工開始,大部分重載車輛都靠排澇站新建成的人行道上單車道行駛,同時,在公路路基填筑施工過程中,由于出水池側(cè)墻背側(cè)出現(xiàn)較大的臨時堆載和施工荷載(見圖2),導(dǎo)致原先預(yù)留的沉降縫出現(xiàn)不均勻沉降及開裂(見圖3)。

1 公路與排澇站平面位置示意圖

圖2 公路施工堆載

圖3 沉降縫開裂圖

2 地基沉降分析原理

2.1 太沙基單向固結(jié)原理

為了求得土層在滲透固結(jié)過程中任意時間的變形,采用太沙基提出的一維固結(jié)理論進行計算[1],求解總沉降及沉降隨時間的變化。

一維固結(jié)微分方程為:

式中:cv——土的豎向固結(jié)系數(shù)。

有了孔隙水壓力u隨時間t和深度z變化的函數(shù)解,即可求得地基在任一時間的固結(jié)沉降。此時,通常需要遇到用到地基的固結(jié)度U這個指標,其定義如下:

式中:Sct——地基在某一時刻t的固結(jié)沉降;

Sc——地基最終的固結(jié)沉降。

對于豎向排水情況,由于固結(jié)沉降與有效應(yīng)力成正比,所以某一時刻有效用力圖面積和最終有效應(yīng)力圖面積之比值,稱為豎向排水的平均固結(jié)度:

式中:uz,t——深度z處某一時刻t的孔隙水壓力;

σz——深度z處的豎向附加應(yīng)力。

即t=0時該深度處的孔隙水壓力,在連續(xù)均勻荷載 P0作用下得 :

2.2 計算壓縮層厚度

軟土地基壓縮層計算深度按計算層面處土的附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比為0.10的條件確定。地基附加應(yīng)力按水閘設(shè)計規(guī)范[2]的規(guī)定計算。

3 地基沉降計算與影響分析

3.1 計算模型及參數(shù)

出水池地基的沉降計算主要包括2方面內(nèi)容:一是計算最終總沉降量;二是計算沉降的時間過程,即沉降隨時間的變化趨勢,根據(jù)計算結(jié)果分析公路施工期臨時堆載和施工荷載對出水池的影響。

出水池地基沉降根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖和出水池竣工圖,采用太沙基一維模型進行計算,計算壓縮層厚度取16 m,其中4.21 m的回填砂,11.79 m的淤泥,計算模型見圖4。參考本地區(qū)土層物理力學(xué)性質(zhì)指標統(tǒng)計表,選取土層計算參數(shù)見表1。

圖4 公路施工影響計算模型圖

3.2 荷載及加載情況

作用在出水池地基上的荷載主要有出水池結(jié)構(gòu)及其墻后填土的自重、墻后填土范圍內(nèi)的施工、車輛等附加荷載。出水池結(jié)構(gòu)及其墻后填土的自重按其幾何尺寸及材料重度計算確定,作用在墻后填土范圍內(nèi)的施工、車輛等附加荷載,按水工擋土墻設(shè)計規(guī)范[3]規(guī)定確定。各種工況下的荷載組合及荷載值參照表2,各種工況分級加載情況見表3。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標

表2 不同工況荷載組合及荷載值

表3 各工況分級加載情況表

3.3 計算結(jié)果及分析

公路施工前及施工期出水池地基沉降與時間關(guān)系及兩者沉降量的差值與時間關(guān)系見圖5。計算結(jié)果表明,由于淤泥質(zhì)土的流變特性,出水池地基沉降固結(jié)時間較長,基本需要50 a才能完成固結(jié)沉降,公路施工期出水池地基沉降—時間關(guān)系曲線陡于公路施工前的關(guān)系曲線,說明公路施工填土、施工荷載和行車荷載加大了出水池地基沉降速率,降低了固結(jié)度,延長了出水池地基土的固結(jié)時間。從沉降量的差值曲線可以看出,公路施工期比施工前出水池地基總沉降量增大約8 cm,而在施工初期沉降量增大約5 cm,這主要是由于在公路施工過程中,施工方緊靠出水池側(cè)墻堆填了施工填土,在施工荷載和臨時行車荷載的共同作用下,基底附加應(yīng)力增大,而且由于加載前期對軟土的作用更明顯,導(dǎo)致在施工不久后出水池沉降縫出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

圖5 地基沉降(差值)—時間關(guān)系曲線

4 結(jié)語

(1)在施工填土、施工荷載和臨時行車荷載的共同作用下,由于淤泥質(zhì)土的流變特性,延長了地基土的固結(jié)時間,增大了總沉降量,導(dǎo)致在施工期出水池沉降縫出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

(2)為了防止工程施工對周圍環(huán)境的影響,根據(jù)工程管理和保護范圍的規(guī)定標準,在規(guī)定的安全范圍之外進行施工。

(3)對于鄰近建筑的工程施工,施工荷載或多或少會對其產(chǎn)生不利影響。為了保護鄰近的建筑物,一方面調(diào)查鄰近建筑物的保護等級,如有必要,可采取一些加固補強措施,以增強建筑物及地基的剛度;另一方面在施工的過程中,減少施工荷載對建筑物的作用,如采取減少施工臨時堆載,采用小型施工機械等措施。

[1]錢家歡,殷宗澤.土工原理與計算.2版[M].北京:中國水利水電出版社,1996:200-201.

[2]SL 265—2001,水閘設(shè)計規(guī)范[S].

[3]SL379—2007,水工擋土墻設(shè)計規(guī)范[S].