天仙公路工后沉降预测分析

汪 华，汪新元，田好国

（天门市公路管理局，天门431700）

天仙一级公路位于湖北省中部，江汉平原北部，汉江下游北岸，连接天门市和仙桃市。路线起于天门市侯口镇，与省道天门皂市至仙桃毛嘴公路相连，该路基段主要不良地质现象是路基段普遍发育的淤泥、淤泥质软土层，该层分布范围广，土质差［1］。有必要对路基沉降量进行理论计算和试验分析，为道路修建工程中施工工序的确定提供科学依据。文中首先介绍沉降预测理论方法，然后通过理论计算和试验分析提出合理的施工建议。

1 沉降预测方法

软土地基路堤沉降观测是验证设计与指导施工的重要手段，沉降资料可用于控制路堤的施工速率和路堤稳定性［2］。将沉降观测数据进行回归分析，用适当的拟合曲线可以推算路堤的最终沉降量［3－4］。《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ期017—96）规定了双曲线法、星野法和分层总和法等几种常用的工后沉降推算方法［5］。

1）双曲线法

双曲线法假定路基的沉降速度随时间以双曲线形式递减，其基本公式为

式中，ta、Sa分别为拟合计算起始参考点的观测时间与沉降值；t、St分别为拟合曲线上任意点的时间与对应的沉降值；α、β依据实测值求得的参数。

当式中t→∞时，便可得到双曲线法最终沉降量公式

用双曲线法，要求实测沉降时间至少在半年以上。

2）星野法

星野法是依据太沙基固结理论得出的固结度U和时间t的平方根成正比的关系，通过对现场实测沉降值的研究，认为包括剪切变形的沉降总量和时间的平方根成正比，其基本公式为

式中，Si为瞬时加载产生的瞬时沉降值；A、K为影响沉降速度系数。

当式中t→∞时，便可得到星野法最终沉降量公式

3）分层总和法

分层总和法假定压缩时土不能向侧向膨胀，根据路基中心下土的附加应力进行计算，路堤最终沉降量等于路堤下压缩层范围内各土层压缩量的总和。

其他方法还有沉降速率法和三点法等，由于篇幅限制，文中采用分层总和法对固结沉降量进行计算，采用星野法作工后沉降预测，并用双曲线法作参考对比。

2 分层总和法计算固结沉降

运用分层总和法对几个典型断面计算固结沉降，取特殊断面K23＋00和其他几个断面进行比较，计算结果如表1所示。

计算结果表明，只有当软土厚度超过18m，路堤高度超过3m时，总沉降量才会大于30cm。天仙一级公路（桥涵处除外）软土厚度小于12m，路堤高度小于3m，总沉降量最大在23cm左右，其中50%在施工中完成，最大工后沉降量为12cm左右。

表1 分层总和法计算固结沉降量

3 超载预压试验

为了进一步研究一级公路软土路基处理方法，并对施工进行指导，特对该路段进行31d和90d超载预压试验。

3.1 第一阶段试验成果

第一阶段试验是对天仙一级公路试验段进行31d预压试验，预压荷载为20kN，预压期间进行了10次沉降测量。31d各测点沉降曲线如图1所示。工后沉降依据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017—96）之8.4.11.4星野法计算了各测点的工后沉降量，并用三点法对工后沉降量进行了比较分析。表2汇总了13d、21d、31d时的试验段预压沉降量和工后沉降量比较。

第一阶段成果分析：

1）在第一阶段，堆载13d沉降量约占总沉降量的42%～60%，堆载21d沉降量约占总沉降量的50%～70%，说明大部分沉降在工后20d内完成，从各点荷载－时间－沉降图也可看出，经过21～25d后，沉降明显变慢，逐步稳定。

2）运用星野法推算桥头（1、2、3号测点）工后沉降分别为44.7mm、70.7mm和50mm，两路边占路中沉降量分别为63%和71%；一般断面（4、5、6号测点）工后沉降分别为57.7mm、100mm和50mm，两路边占路中沉降量分别为57%和50%；一般断面（7、8、9测点）工后沉降分别为50mm、70.7mm和50 mm，两路边占路中沉降量分别为70.7%和70.7%。说明断面沉降呈梯形分布，两路边占路中沉降量的60%～70%。

3）除5号点外，双曲线法推算工后沉降与星野法计算结果基本一致，可以认为：K29＋200～K29＋300试验段运用双曲线法与星野法推算工后沉降是合理的。

4）通过31d监测，桥头沉降分别为30.3mm、46.3mm和29.1mm，两路边占路中沉降量分别为64.8%和62.9%；一般断面（4，5，6测点）沉降分别为37mm、58.9mm和39.7mm，两路边占路中沉降量分别为62.7%和67.4%；一般断面（7，8，9测点）沉降分别为34.2mm、52.3mm和41.4mm，两路边占路中沉降量分别为65.4%和79%。实测说明断面沉降呈梯形分布，两路边占路中沉降量的63%～80%。

表2 试验段第一阶段预压沉降表

3.2 第二阶段试验成果

第二阶段试验是在第一阶段试验的基础上继续对试验段各测点进行90d的观测，各测点沉降如图2所示，工后沉降如表3所示。

表3 预压试验段各点工后沉降表 mm

由于大型运梁车的干扰，两边测点特别是9＃测点、7＃测点和4＃测点干扰比较严重，致使测量数据失真，因此，9＃测点7＃测点和4＃测点不作为工后沉降分析依据。

路段中心测点（2＃、5＃、8＃和K29＋300测点）由于受干扰较小，测量数据真实可信，可作为工后沉降分析的主要依据。

两个阶段作比较，第二阶段工后沉降量比第一阶段工后沉降平均高20%，将两个阶段作一个整体分析，其工后沉降量处于二个阶段工后沉降量值之间，可以认为，用第二阶段工后沉降量是偏于安全的。边桩位移没有明显变化。

3.3 试验研究结果与设计要求比较

试验研究结果与设计要求比较如表5所示，工后沉降取超载预压第二阶段中星野法和双曲线法推算中最不利的测点。

表4 预压试验段各阶段沉降分析

表5 设计要求与实际情况对比

4 结 论

a.通过两种试验工况的超载预压试验，试验结果表明工后沉降量满足设计要求。

b.涵洞及人工构造物预压期间与工后沉降之和为9.4cm，满足涵洞及人工构造物工后沉降≤20cm设计要求。建议：一期工程完工后，进行二期工程施工。

c.一般路面预压期间与工后沉降之和为17.5cm，满足一般长路段工后沉降≤30cm设计要求。建议：一期工程完工后，进行二期工程施工。

d.设计中规定天仙一级公路桥头路堤工后沉降没有在该试验段中涉及，同时因桥头两端路堤高度高于3m，建议：在桥头两端进行超载预压处理，长度不小于10m，与路宽等宽，高度2m，预压时间10d。

［1］ 王吉利.天仙一级公路软基处理方法专题研究报告［R］.2004.

［2］ 刘玉卓.公路工程软基处理［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］ Eduardo Miranda，Jorge Ruiz－Garcia.Influence of Stiffness Degradation on Strength Demands of Structures Built on Soft Soil Sites［J］.Engineering Structures，2002，24：1271－1281.

［4］ Hamdy Faheem，Fei Cai.Three－dimensional Base Stability of Rectangular Excavations in Soft Soils Using FEM［J］.Computers and Geotechnics，2004，31：67－74.

［5］ 交通部第一公路勘察设计院.公路软土地基路堤设计与施工技术规范《JTJ017—96》［S］.北京：人民交通出版社，1997.