某高速公路软土路基施工动态控制

周大勇

1 概述

某高速公路设计工期2006年9月开始底基层施工,2007年10月下旬完成路面施工。因征地、拆迁和资金在2005年上半年紧张及合格填料不足等原因,使施工工期滞后,至2006年3月底需预压的路段仅有16.6%进入预压期。控制工期的是塑料排水板及不处理12个月预压期的路基,其预压期已不能满足设计要求,为保证2007年10月下旬完成路面施工,对加载预压进行动态调整,以期在基本保证预压效果的前提下能合理缩短预压期。

结果表明这一措施取得了明显成功,本文就预压动态调整的技术及方法进行论述,供同行参考。当然,成功缩短工期还采取其他一些动态调整措施,鉴于篇幅的关系,不在此赘述。

2 工程概况

某沿海高速公路长102 km,软土地基处理占74.6 km,占全线73.1%。其地基中③1淤泥质黏土和亚黏土层,是其主要软弱土层和压缩层,广泛分布于平原区上部,灰色、深灰色、青灰色,饱和,流塑,多呈层状,夹薄层亚砂土,含腐殖质及少量贝壳碎片,局部为淤泥。④4′淤泥质黏土和亚黏土层,是第二层软弱土层和压缩层,分布于平原区上部,为④4层的相变层,灰色、深灰色,饱和,流塑,具沉积层理,含腐殖质,偶见贝壳碎片。软土孔隙比1.047～1.210,压缩系数 0.53 MPa-1～0.87 MPa-1,一般均有20 m～25 m的深厚软土,最深厚处可达34 m～47 m。

软土地基处理设计采用了塑料排水板、水泥搅拌桩、预应力管桩、筒桩、Y形桩、碎石注浆桩、贫混凝土桩 7种地基处理方法。

3 沉降现状

从当时沉降速率分析来看,塑料排水板处理段落其沉降量或沉降速率都比其他处理方式要大,2006年3月底,塑料排水板处理段落日沉降速率最大均值为3.48 mm/d,月沉降速率最大均值为83.31 mm/月。塑料排水板及不处理路基的预压期控制着整个工程的工期。

4 加载预压动态调整

针对路基施工进度落后的局面,为保证按2007年10月下旬路面施工完成应注意两点:1)要加紧路堤的填筑;2)要对施工落后及不满足工后沉降的路基在设计地基处理的基础上再超载来加快沉降,欠载变等载、等载变超载、超载变超超载,用荷载换时间,以缩短预压期。

4.1 加载预压高度的确定

1)路堤施工已到达路床顶面的段落加载预压高度的确定。

根据实测沉降曲线进行拟合反分析地基参数,估算后期沉降量,验算在原设计加载高度作用下需要的预压时间,检验是否能够满足实际施工工期总体目标的要求。

采用基于固结度普遍式的指数模型进行反分析及预测:

其中,U为地基固结度;α,β均为与地基固结特性有关的参数;t为时间。

多级荷载下的模型在相对坐标系中表示为:

经实测沉降曲线拟合表明,上述指数模型的拟合情况较好,根据已到达路床顶观测点的拟合预测,总结出了该高速公路的加载高度的估算式如下:

其中,S填筑期为填筑期拟合沉降量;H预压为估算预压期的加载高度;2.5～4.5为经验系数,软基厚度小于10 m,等载和欠载预压段取小值,软基厚度10 m～40 m和超载预压段取大值。

2)路堤施工尚未到达路床顶面,可按沉降速率法判断后估算加载高度。

Ⅰ类:估算沉降量小于40 cm～50 cm的软土路段,凡在接近路床顶面实测沉降速率小于5 mm/月段落,按原设计,不增加加载高度。

Ⅱ类:凡接近路床顶面所测沉降速率0 mm/月～6 mm/月段落,对于一般路堤,可直接按原设计进入堆载预压期。对于桥头路堤(以路床顶面高程控制),应按1.0 m～1.5 m的高度加载后方能进入预压期,应对照原设计加载高度进行补足。

Ⅲ类:凡接近路床顶面所测沉降速率21 mm/月～30 mm/月段落,对一般路堤按0.5 m～1.0 m的高度加载,对桥头段路堤应按1.5 m～2.0 m的高度加载,开始进入预压期。

Ⅳ类:凡接近路床顶面所测沉降速率大于31 mm/月段落,分别对一般路堤按1.0 m～1.5 m的高度加载,对桥头段路堤应按2.0 m～2.5 m的高度加载,开始进入预压期。

3)路堤尚未施工的路段,可参考相邻类似地基处理、软土深度、厚度和堤高,进行类比确定加载高度。

4)桥头、箱头等构筑物间距小于200 m的段落,等超载处理,以提高路面平顺度,提高行车舒适性。

5)管桩、搅拌桩等复合地基与塑料排水板处理段的交接处,等超载处理,减小沉降差,防止后期横向裂缝的出现。

4.2 动态调整增加加载量及实施

经计算加载增量109 m3计180.9万t,涉及加载段落498段,长度45.0 km。施工单位按加载方案及时组织了实施。

5 效果

原设计加载预压方案,根据当时施工进度及后期施工计划,经实测沉降曲线拟合预测预压时间和卸载时间,全线尚需平均预压7.4个月至2007年3月止。进行增加预压高度后,全线平均预压3.5个月至2006年11月中旬止,缩短预压时间3.9个月,其中桥头箱通(涵)段落缩短3.2个月,为底基层、基层施工争取了宝贵的时间,为2007年按期施工面层奠定了基础。

2007年年底,该高速公路已顺利建成通车,达到了预期的效果,取得了较好的社会及经济效益。

[1] 王小龙.浅析软土路基沉降动态观测[J].山西建筑,2009,35(3):271-272.