公路建设不同阶段软土地基沉降比例研究

胡汉兵，胡胜刚

（长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉 430010）

公路建设不同阶段软土地基沉降比例研究

胡汉兵，胡胜刚

（长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉 430010）

以武汉绕城公路北湖农场段软土地基长期沉降监测数据为样本，统计分析高速公路路堤施工期、路面施工期以及运行期不同阶段的沉降比例。总结超载预压、路堤高度、路堤填筑时间等因素对3阶段沉降比例的影响。研究结果表明：公路通车运行期的沉降占总沉降的比例相对均衡，有无施加超载、路堤高度的大小以及路堤填筑时间的长短等因素对公路运行期的沉降比例影响很小，这对于预测类似工程通车运行阶段的沉降以及公路的运行维护有一定指导意义。

软土地基；沉降；路堤；武汉绕城公路

软土地基在公路路堤荷载的作用下将产生明显的沉降，为总结堆载预压处理软土地基、路堤施工高度、路堤填筑时间等因素对公路建设不同阶段（即路堤施工期、路面施工期以及运行期）软土地基沉降比例的影响，本文以武汉绕城公路北湖农场段软土地基长期沉降监测数据为样本，对其沉降特点进行了细致分析，以期获得对软土地基沉降特点的更深入认识。

武汉绕城公路北湖农场段位于武汉市长江南岸武钢北湖农场，全长2.04 km。本路段自2003年6月开始进行地基处理和路基填筑施工，至2004年3月底路基填土基本完成，8月底开始铺筑路面，至2004年12月下旬，工程全部完工［1］。

北湖农场段路线所经地段软土地基广泛分布，在施工过程中进行了严密监测，随时掌握地基应力及变形发展情况；分析其安全状态，调整施工速率，进行了信息化施工，同时取得了大量的监测数据。本文将以该软土路段沉降监测数据为样本，对公路路堤施工阶段、路面施工阶段和运行阶段的软土地基沉降特点进行分析。

1 工程地质条件

北湖农场段软土地基广泛分布，地势相对低洼，地面标高18.0～20.2 m；软土以淤泥及淤泥质黏土为主，厚度一般为0.8～11.4 m，局部地段达19.8 m。软土的物理力学性指标统计平均值列于表1。该段典型地质模型为表层湖塘相淤泥层，下为第四系冲积沉积层结构。

表1 软土物理力学性指标统计平均值Table 1 Statisticmean values of physical，mechanical indexes of the soft soil

2 沉降监测

本路段共布置重点监测断面5个，K86＋460，K86＋530，K88＋100，CK0＋370和EK0＋470；一般监测断面9个，K87＋330，K88＋480，EK0＋050，EK0＋316，EK0＋141，K87＋735，K87＋975，K88＋210和K88＋460等。一般断面主要以沉降控制为目的，监测设施主要为沉降板，部分高填方部位还埋设有测斜管（软土层较厚部位）。重点断面主要布置在软土较厚，填土较高，而且地基处理不够彻底的路段，这些地段沉降问题和稳定性问题都很突出，因此监测措施较为齐全，有沉降板、测斜管、分层沉降管、孔隙水压力探头、地下水位管等。图1为重点断面K88＋100观测仪器埋设示意图。

沉降监测工作从2003年7月14日开始，至2006年5月17日。最长监测时间累计长达1 038 d，共获得14个监测断面32个测点的沉降数据。通过对运行期长达1年半的观测数据，依据太沙基固结理论，对各断面软土地基最终沉降进行了推算。各断面软土最终沉降推算值在9.8～102 cm范围。

图1 K88＋100断面观测仪器埋设示意图Fig.1 Layout ofmonitoring equipment at cross section K 88＋100

3 沉降分析

3.1 路堤施工阶段、路面施工阶段和运行阶段的沉降比例

我们将高速公路地基沉降依据工程建设时间先后划分为3个阶段，依次为：路堤施工阶段、路面施工阶段、运行阶段。对3阶段沉降所占最终沉降的比例进行了分析，结果如图2所示。

图2 3阶段沉降占最终沉降的比例示意图Fig.2 The proportion occupying settlement for each of the three stages to ultimate settlement

路堤施工阶段、路面施工阶段和运行阶段所占沉降比例分别大致为60%，15%，25%，沉降主要集中在路堤施工阶段。这是因为，路堤施工过程中对地基施加了填土荷载，施工期比较长，软土地基受到压缩，沉降为主固结沉降。而路面施工阶段，上部加载较小，且路面施工期一般都比较短，该阶段的沉降是最小的。在高速公路运行阶段，公路受到不断增多的车辆荷载，特别是大重型车辆的冲击荷载，对软土地基产生进一步的压缩。另外，地基土的次固结沉降在运行阶段中逐步体现，这是地基土沉降在该阶段最主要的原因。

14个断面监测数据的统计分析还表明，沉降比例在前2个阶段各断面间差异较大，而在公路运行阶段各断面间变化较小，大部分保持在20%～30%之间，这说明路堤填筑荷载所产生的沉降基本上是可以在路面施工完成之前完成绝大部分，运行阶段所产生的沉降比例与前期的施工工艺没有太大的关系，只与地基土的性质以及运行阶段的车辆荷载相关。

3.2 超载预压对沉降的影响

在路堤设计填土高度施工完成后，及时根据沉降观测数据对各断面的工后沉降进行了推算，对推算的工后沉降超出设计标准的部位，进行了超载预压处理。共有6个断面所在部位分别施加了0.5～1.5 m填土荷载的超载，进行了3个月的预压。

图3为有无进行超载预压的断面3阶段的沉降分配比例的对比。从路堤施工期、路面施工期和运行阶段3阶段的沉降分配比例上看，施加超载预压，并没有使得沉降比例向路堤施工阶段前移，对通车运行阶段的沉降比例几乎没有影响，只是使路面施工阶段的沉降比例稍有增大。这说明超载的施加对软土地基沉降在路堤施工期、路面施工期和运行阶段3阶段的沉降分配比例上影响甚小。

图3 有无进行超载预压的结果对比Fig.3 Comparison of results w ith and w ithout surcharge preloading

3.3 路堤填筑高度对3阶段沉降的影响

将本段路堤填筑高度分为小于6 m，6～8 m和8～10 m 3类进行各阶段沉降比例的对比（见图4），发现当路堤高度分别为小于6 m，6～8 m和8～10 m时，在路堤施工阶段所占的沉降比例呈现逐渐减小的趋势；路面施工阶段沉降所占比例逐步增大，而运行阶段沉降所占比例保持相对均衡。这组数据说明路堤高度的大小，即软土地基上覆荷载的大小，虽然对地基的最终沉降有影响，但公路通车运行阶段沉降占地基总沉降的比例是相对均衡的，这对于预测类似工程通车运行阶段的沉降以及公路的运行维护都有一定指导意义。

图4 路堤填筑高度对沉降比例的影响Fig.4 The influence of embankment height on settlement proportion

图5 路堤填筑时间对沉降的影响Fig.5 The in fluence of construction tim e of em bankm ent on settlem ent

3.4 路堤填筑时间对3阶段沉降的影响

路堤施工阶段的施工时间长短是影响软土地基沉降在3阶段分配比例的主要因素之一。从图5可以看出：随着路堤施工时间的增加，路堤施工阶段沉降所占的比例逐步增加，当施工时间超过一年后，其沉降比例超过70%。为保证全面通车，当路堤使用了较短施工时间时，其路面施工却用了较长时间；因此，路面施工阶段的沉降比例随着路堤施工时间增加而逐步减少，但公路运行阶段沉降占总沉降的比例却保持相对均衡。

4 结论与建议

（1）本路段14个断面软土地基在路堤施工阶段、路面施工阶段和运行阶段的沉降比例大致分别为60%，15%，25%，沉降主要集中在路堤施工阶段，且运行阶段沉降比例在各断面间差异较小，其比例相对稳定，且随运行时间的延长而逐渐增大。

（2）有无施加超载、路堤高度以及路堤填筑时间等因素对公路通车运行后的沉降占总沉降的比例影响很小，该阶段沉降占地基总沉降的比例相对均衡。

（3）本文研究成果有助于对通车运行后公路将要产生的沉降进行较为准确的预测。应用中可在公路通车运行时根据路堤施工期和路面施工期的实测沉降推算公路通车运行后将要产生的沉降，并据此提前做好路面维护计划。

［1］ 胡汉兵，李仲秋，蔡汉利.武汉绕城公路第十六合同段软土路基沉降与稳定控制研究及监测［R］.武汉：长江科学院，2005.（HU Han-bing，LI Zhong-qiu，CAI Han-li.Study andmonitoring of settlementand stability of soft foundation at the 16thsection ofWuhan orbit highway［R］.Wuhan：YRSRI，2005.（in Chinese））

（编辑：赵卫兵）

Research on Settlement Proportion of Soft Soil Foundation for Different Highway Construction Stages

HU Han-bing，HU Sheng-gang
（Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of the Ministry ofWater Resources，Yangtze River Scientific Research Institutes，Wuhan 430010，China）

By using the long-term monitoring data of Beihu Farm section ofWuhan Ring Road as samples，the settlement proportion among three stages，namely，embankment construction period，pavement construction period and operation period，is analysed.The influence of some factors such as surcharge preloading，embankment height and embankment construction time on settlement proportion of the three stages is also summarized.The findings indicate that the factorsmentioned above have little influence on the settlement proportion of operation stage，and the settlement proportion of that stage is relatively stabilized.These findings can help to predict the settlement of operation stage and to guide the operation and maintenance of highway.

soft foundation；settlement；embankment；Wuhan ring road

TU472

A

1001－5485（2010）06－0035－03

2009-05-31；

2009-07-08

胡汉兵（1972-），男，湖北武汉人，高级工程师，工学硕士和理学硕士，主要从事地基基础相关研究，（电话）027-82926147（电子信箱）huhb＠mail.crsri.cn。