吳庭然

（佛山市建盈發(fā)展有限公司，廣東 佛山528000）

0 引言

我國(guó)軟土分布較廣，在長(zhǎng)三角、珠三角和東南沿海各地均有分布。軟土含水量較高、壓縮性強(qiáng)、承載力低且滲透性差，導(dǎo)致其排水固結(jié)慢，自然沉降需要時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)開展工程十分不利。為此，在軟土路基上開展工程建設(shè)必須要結(jié)合地質(zhì)條件、項(xiàng)目需求、結(jié)構(gòu)類型、施工條件和經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)因素，選擇合理的軟基處理方法，保證其既能滿足項(xiàng)目建設(shè)需求，又能節(jié)約建設(shè)成本。

1 工程概況

該公路工程是佛山一環(huán)西拓南環(huán)段的一部分，長(zhǎng)9.02km，樁號(hào)K27+780～K36+800，按雙向6車道+硬路肩斷面布置，采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，兼顧城市道路功能，設(shè)計(jì)速度為80km/h。

1 .1地質(zhì)條件

該項(xiàng)目地質(zhì)分兩個(gè)區(qū)域：一是沖淤積平原（工程地質(zhì)Ⅰ區(qū)），為珠江三角洲西岸平原地區(qū)，分布里程為K27+800～K30+150、K31+450～K31+750、K32+000～K33+650、K33+900～K37+150；二是剝蝕殘丘地貌（工程地質(zhì)Ⅱ區(qū)），分布里程為K30+150～K31+450、K31+750～K32 + 000、K33 + 650～K33 + 900，其 間 夾 山 間洼地。

1 .2地質(zhì)特征

該項(xiàng)目屬珠江三角洲沉積區(qū)，第四紀(jì)沉積層厚度較大，土層種類較多，土壤物理力學(xué)性質(zhì)較差，且差異性大，軟土以淤泥、淤泥質(zhì)土為主。沿線軟土路段分布如表1所示。

表1 軟土分布情況表

1 .3水文氣候條件

該項(xiàng)目位于西江西側(cè)，西江從西南部邊境流過(guò)，有橫貫東西的滄江河及15條支流，地表水系較為發(fā)達(dá)。氣象災(zāi)害有熱帶氣旋、暴雨、洪澇、干旱、寒潮、低溫陰雨和強(qiáng)對(duì)流等。

2 軟基處理方案分析

2.1 軟基處理基本情況

軟基路段集中在K32+000～K36+800路段，采用的處理方法有：堆載預(yù)壓+袋裝砂井、水泥攪拌樁、CFG樁和高壓旋噴樁。其中，橋頭過(guò)渡和結(jié)構(gòu)物路段采用水泥攪拌樁、CFG樁和高壓旋噴樁復(fù)合路基；一般軟基路段采用堆載預(yù)壓+袋裝砂井排水固結(jié)；軟土層厚、填土較高的一般軟基路段采用CFG樁和水泥攪拌樁復(fù)合路基。全線軟基處理長(zhǎng)1648m，集中在K34+465～K36+600段落內(nèi)，其中CFG樁長(zhǎng)度697m，占比42.3%；堆載預(yù)壓+袋裝砂井長(zhǎng)度527m，占比32%；水泥攪拌樁路段長(zhǎng)度389m，占比23.6%；高壓旋噴樁長(zhǎng)度35m，占比2.1%。從處理方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可見，軟基處理效果主要取決于CFG樁、堆載預(yù)壓+袋裝砂井和水泥攪拌樁的處理效果。

2.2 軟基處理方法分析

第一，由于結(jié)構(gòu)物路段和橋頭過(guò)渡路段較多，導(dǎo)致軟基處理方法交替頻繁（如K35+326～K35+475 為堆載預(yù)壓+袋裝砂井，K35+475～K35+509 為CFG 樁，K35+509～K35+716 為堆載預(yù)壓+袋裝砂井），不同處理方法的路基最終沉降量和沉降穩(wěn)定期不一致，易在交界處產(chǎn)生不均勻沉降，存在工后路面不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)。第二，復(fù)合路基處理方法較多，路堤填筑高度普遍不高（5m 左右）且無(wú)超載預(yù)壓，存在工后路面橫向不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)。第三，軟土層具有壓縮性大、含水量高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，沉降穩(wěn)定周期長(zhǎng)，工后沉降的風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 現(xiàn)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)情況分析

3.1 軟基監(jiān)測(cè)基本情況

軟基監(jiān)控單位在一般軟基段、結(jié)構(gòu)物段及橋頭過(guò)渡段共布置14 個(gè)沉降監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置3個(gè)（左、中、右側(cè)）表面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中，因施工時(shí)間不同，累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)為406d，最短為157d，一般在250～350d 之間。14 個(gè)斷面中有6 個(gè)斷面累計(jì)沉降均值大于150mm，占比43%，其中K35+620 斷面累計(jì)沉降平均值最大（734.6mm）。

監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)的軟基表面沉降數(shù)據(jù)匯總見表2。

表2 軟基路段沉降數(shù)據(jù)匯總表

3.2 軟基監(jiān)測(cè)情況分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)揭示軟基處理過(guò)程中有以下三個(gè)問(wèn)題：第一，軟土層厚度不均勻、土體物理力學(xué)指標(biāo)差異大，導(dǎo)致不同斷面之間、相同斷面不同點(diǎn)之間，沉降差異特別明顯。第二，部分軟基處理設(shè)計(jì)或處置措施不到位（如復(fù)合路基中墊層厚度不夠、排水固結(jié)中排水通道不暢等），均會(huì)反映在沉降數(shù)據(jù)上。第三，從整體上看，大部分軟基還沒有沉降到位，反映在數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為累計(jì)沉降量偏小，且很不均勻。

4 理論分析和數(shù)值模擬計(jì)算

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和設(shè)計(jì)資料的分析，初步掌握該工程軟基處理現(xiàn)狀。為更詳細(xì)地掌握軟基的沉降情況，降低軟基處理的安全隱患，在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，對(duì)各路段典型斷面最終沉降和殘余沉降進(jìn)行計(jì)算和分析。

4.1 典型計(jì)算斷面的選擇

軟基處理路段可分為一般軟基段、結(jié)構(gòu)物段和橋頭過(guò)渡段。針對(duì)上述3 種軟基處理路段分別選取典型斷面，一般軟基段選取最不利和具代表性的堆載預(yù)壓+袋裝砂井（K35+980、K35+620）；結(jié)構(gòu)物和橋頭過(guò)渡路段分別選取CFG 樁（K36+100、K36+280）和堆載預(yù)壓+袋裝砂井（K35+440、K35+350）；高填方路段選?。↘31+760），進(jìn)行最終沉降量的計(jì)算。

4.2 理論計(jì)算法

對(duì)于未處理路段和堆載預(yù)壓處理路段，路基沉降因土體在荷載下壓縮而產(chǎn)生，路基總沉降量可用分層總和法計(jì)算；對(duì)于復(fù)合路基處理路段，荷載由樁基和土體共同承擔(dān)，可將群樁作為假想的實(shí)體深基礎(chǔ)，不計(jì)算樁身壓縮量及樁與土間的相對(duì)位移，計(jì)算出作用在樁端平面處的壓力后，按分層總和法計(jì)算樁端下土的壓縮量，作為樁基的沉降量。

第一，分層總和法。根據(jù)土的特性和應(yīng)力狀態(tài)變化分為若干層，每層土壓縮量為

s

，加起來(lái)即為地基總沉降量，公式（1）為：

式（1）中：

s

為最終沉降量（mm）；

s

,

s

,

s

…

s

為每層土的壓縮量（mm）；n 為分層總層數(shù)；

s

為第

i

層土的壓縮量（mm）。

第二，群樁沉降計(jì)算樁基礎(chǔ)最終沉降量，公式（2）為：

式（2）中：

s

為樁基最終計(jì)算沉降量（mm）；

m

為樁端平面以下壓縮層范圍內(nèi)土層總數(shù)；

E

為樁端平面下第

j

層土第

i

個(gè)分層在自重應(yīng)力至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力作用段的壓縮模量（MPa）；

n

為樁端平面下第

j

層土的計(jì)算分層數(shù)；

h

為樁端平面下第

j

層土的第

i

個(gè)分層厚度（m）；

σ

為樁端平面下第

j

層土第

i

個(gè)分層的豎向附加應(yīng)力（kPa）；

ψ

為樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

4.3 有限元法

此次計(jì)算利用PLAXIS 有限元程序進(jìn)行分析，以路基中點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)為計(jì)算模型。有限元法不僅可以考慮土體固結(jié)過(guò)程，而且能分析各種處理形式對(duì)地基沉降的影響，模擬各種施工工藝對(duì)應(yīng)的情況，進(jìn)一步考慮不同施工因素（擾動(dòng)、加鋪）對(duì)沉降的影響。

4.4 典型斷面殘余沉降預(yù)測(cè)

軟基路段處理不到位，將會(huì)產(chǎn)生較大的工后沉降。應(yīng)對(duì)軟基處理效果進(jìn)行評(píng)估，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)與建議，結(jié)合計(jì)算獲取的典型斷面最終沉降量和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使用理論計(jì)算法、有限元法和“雙曲線法”對(duì)典型斷面的殘余沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果匯總見表3。

表3 最終沉降及殘余沉降預(yù)測(cè)匯總表

5 軟基處理效果綜合評(píng)估

5.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估

以軟基監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)沉降穩(wěn)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：30d 累計(jì)沉降小于5mm 定為穩(wěn)定，累計(jì)沉降在5～10mm 為基本穩(wěn)定，累計(jì)沉降大于10mm 為未穩(wěn)定，對(duì)路基沉降穩(wěn)定情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。14 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，共有2 個(gè)斷面沉降穩(wěn)定情況為未穩(wěn)定，均為堆載預(yù)壓+袋裝砂井路段；4 個(gè)斷面基本穩(wěn)定，為軟土層較厚或填土較高路段，8 個(gè)斷面穩(wěn)定。

5.2 軟基處理效果綜述

5.2.1 軟基處理形式評(píng)估

由于結(jié)構(gòu)物路段和橋頭過(guò)渡路段較多，導(dǎo)致軟基處理方法交替頻繁，易導(dǎo)致縱向不均勻沉降，可加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，在差異沉降較大的不同軟基處理方法的交界處，適當(dāng)進(jìn)行加筋處理，減少工后路面出現(xiàn)開裂及工后沉降。

5.2.2 現(xiàn)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估

正常路基填筑路段由于土層性質(zhì)較好，沉降情況多數(shù)處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)。軟基處理路段沉降情況部分處于未完全穩(wěn)定狀態(tài)，主要反映為軟土層較厚路段累計(jì)沉降量數(shù)據(jù)偏小且不均勻，個(gè)別段落存在縱向不均勻沉降，應(yīng)及時(shí)找出導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因，做好相應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)措施。

5.2.3 理論分析和數(shù)值模擬計(jì)算評(píng)估

根據(jù)理論計(jì)算法和有限元法的計(jì)算結(jié)果，斷面的已有沉降一般占最終沉降的60%～80%。路基沉降主要發(fā)生在施工期，對(duì)于堆載預(yù)壓+袋裝砂井處理的軟基路段，在有限元計(jì)算中考慮的是理想的排水條件，若排水固結(jié)或排水通道存在施工問(wèn)題，其工后沉降會(huì)顯著增加，應(yīng)加強(qiáng)堆載預(yù)壓+袋裝砂井處理軟基處理段排水通道的疏通。

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目各軟基路段的處理方案選擇比較合理，應(yīng)及時(shí)收集施工資料及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，便于掌握各軟基路段的處理現(xiàn)狀、可能存在的質(zhì)量隱患、工后沉降變化和路面可能開裂的情況，有利于采用針對(duì)性的對(duì)策和措施。