城市道路设计与施工中沉降的监测与控制

张 勇

众所周知，随着我国城市基础建设的加快，我国城市建设开始大规模发展，不少城市开始向郊区发展，同时一些城市不得不往软土地基上进行开发。但是由于软土地基受自身特点的限制，对道路工程的沉降变形提出了严格要求，因此要实现道路软土地基沉降的目标，加强道路软土地基沉降的监测与控制已成为道路工程建设的关键技术问题。

1 道路软土地基沉降控制特点

城市道路运行车辆多、速度快、技术标准高、对路基的要求严格，控制路基变形和纵向刚度的变化已成为道路的关键技术。路基要求按土工构筑物设计，应具有足够的强度、刚度、稳定性，满足耐久性要求。其中道路软土地基沉降控制特点更加严格。

1.1 路基变形控制标准高

在软土地基上施工，其对路基沉降变形是十分敏感的，特别是工后沉降，而软土地基线路状态只能通过加固系统进行调整，因此，与其他地基相比，城市道路对软土地基变形的要求更为严格，路基变形控制标准要高。同时随着线路设计标准的不断提高，路基的沉降变形标准经历了认识、实践、再认识的发展历程，对沉降控制的要求随之也在不断提高。我国拟建的道路软土地基设计规定，路基工后沉降不得大于30 cm，任意路段20 m长度范围内的不均匀沉降不得大于20 mm/20 m，这意味着比其他线路路基沉降变形的控制更为严格。

1.2 路基强度和刚度要求高

汽车在道路上行驶，其速度越快，要求路基的刚度越大，弹性变形越小。但刚度过大也会使道路振动加大，不能平稳运行，路基刚度的不平顺则会给道路造成动态不平顺。研究表明由刚度变化引起的道路振动与速度的平方成正比。因此，汽车运行速度越高，要求路基的刚度越大、弹性变形小，在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢、不允许刚度突变。

1.3 路基的长期稳定性要求高

汽车行驶时路基不仅承受附属构筑物的静荷载，还要承受汽车荷载的长期反复作用。同时，由于软土地基直接暴露在自然条件下，需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。路基工程必须保证在这些条件的长期作用下，其强度不会降低、弹性不会改变、变形不会加大，真正做到长寿命和少维修。当然，也只有在线下工程满足长期稳定的状况下，才能确保高速行车，减少维修费用，并增加运行的安全性。

2 道路软土地基沉降的监测与控制

2.1 道路软土地基沉降的监测

2.1.1 路基沉降的监测内容

根据不同的路基高度，不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置沉降监测剖面，且监测范围应涵盖所有沉降发生的路基地段。沉降动态变形监测的内容包括路基面沉降监测、路基本体沉降监测、基底沉降监测、深厚层地基分层沉降监测、软土地基水平位移监测、复合地基加筋应力应变监测共6个方面。路基面监测点是变形监测的重点部位，同时评价沉降的发生与发展规律，预测总沉降量及工后沉降完成时间，还必须在路基填层中以及路基基底布置监测点。

2.1.2 路基沉降的监测要求

沉降监测剖面应根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置，分三个阶段进行，第一阶段为路基填筑施工期间的监测，主要监测软土地基填土施工期间地基土的沉降以及路堤坡脚边桩位移;第二阶段为路基填土施工完成后，自然沉落期及摆放期的变形监测，该阶段应对路基面沉降、路基填筑部分沉降以及路基基底沉降进行系统的监测，直到工后沉降评估可满足要求铺设软土地基为止;第三阶段为试行驶期的监测。路基沉降变形观测从填筑路基开始，最少时间为6个月。路基施工至基床表层顶面后，先监测半年，根据监测结果，分析评价地基的最终沉降量完成时间，及时调整设计措施使地基处理达到预定的变形控制要求，以确定试行驶期周期，并作为竣工验交时控制工后沉降量的依据。

2.2 道路软土地基沉降的控制目标

“工后零沉降”建设是指在道路线下工程的设计、施工和管理中，都要以“工后零沉降”为追求目标。为此在线路上部结构的设计中，我们要对这样的“小沉降”提供进行调整的手段，并为线下工程的工后沉降规定了一个允许偏差值，作为工程实践的控制标准，从而在目标和现实之间留下了一定的余地。但是由于道路对软土地基沉降控制的要求很高，而沉降计算的影响因素很多，沉降控制已完全超出了处理方法的计算精度，因此，规定的工后沉降已不再是最初设计的预留值，而是一个允许出现的误差值。从某种意义说，道路路基工后沉降实际上是“零”沉降控制基础上的允许偏差，其关键在于将工后沉降限制在可控制和可调整的范围。

2.3 道路软土地基沉降的控制措施——水泥注浆技术

水泥砂浆可与粉土、粉黏土进行有效结合，通过水泥的硬化胶结功能，可有效减小粉土、粉黏土的自由膨胀率，减小粉土、粉黏土的膨胀潜势;同时水泥注浆法施工利于施工面的展开，利用膨胀土间的裂隙，不会产生断道阻车情况;还有其改良成本较低。但是由于粉土、粉黏土的裂隙分布不均，导致注浆分布不均，注浆压力控制难以确定;在不中断行车的情况下，新注入的砂浆难以硬化，汽车通过时易将砂浆挤出;水泥注浆必须先进行钻孔成孔作业，加大了治理成本。另外粉土、粉黏土在路基不均匀下沉及汽车振动荷载的反复冲击作用下，易造成封闭层的龟裂，起不到阻水作用，从而使病害得不到彻底根治，也降低了封闭层的整体强度。

2.4 道路软土地基沉降的控制评定

为保证软土地基沉降控制质量，除路基填筑质量满足相应的检测标准外，试行驶前必须对路基沉降变形是否满足软土地基的控制要求进行评估，只有经分析满足沉降控制标准的地段才可试行驶。各种工后沉降推算方法均是以实测沉降资料为依据，采用数学拟合修正的方法预测总沉降量、沉降速率、沉降趋势的数学分析方法，其预测精度受数据采集、预测方法、地基土特性等边界条件影响较大。对预测精度的可靠性可按照以下3个方面进行评估:1)预测前测试数据回归方程的相关性分析，要求测试数据与拟合求得沉降趋势线方程的相关系数较大，预测方程方可用于沉降预测;2)预测稳定性验证，采用已有观测数据和确定的回归方程，推测后续一定时间的沉降，当与实测沉降的偏差小于某一数值时，认为预测稳定性较好，精度较高;3)预测准确性要求，认为当预测的时间条件满足当前荷载水平下沉降变形基本完成的条件，预测才是准确的。而且预测一般需要填土完成后经3个月～6个月荷载稳定的测量数据，根据实测经验，填土的压密变形随土性的不同一般也要经6个月～18个月才能稳定。

[1] 王炳龙，杨龙才，周顺华，等.CF桩控制深厚层软土地基沉降的试验研究[J].铁道学报，2006，28(6):112-116.

[2] 白冰耀.夯荷载作用下饱和土层孔隙水压力简化计算方法[J].岩石力学与工程学报，2003，22(9):1469-1473.

[3] 李新民.树立科学发展观，提高经济效益[J].铁道运输与经济，2004(8):24.

[4] 陈龙珠，梁发云，丁 屹.变刚度复合地基处理的有限元分析[J].工业建筑，2003，33(11):18-20.

[5] 宰金珉，梅国雄.泊松曲线的特征及其在沉降预测中的应用[J].重庆建筑大学学报，2001，23(1):30-35.