软土路基堆载预压加固工程监测数据分析与效果评价

林兴立

（广州翰南工程技术有限公司，广东 广州 511400）

0 引言

在堆载预压法加固软地基的过程中，监测是非常关键的一项工作。大量研究表明，堆载预压法可以显著提高软土地基的承载力和稳定性，并且监测数据可以实时反映软土地基内部的变形、土体固结过程、内部受力情况和荷载响应，从而为加固方案设计和施工提供有效的实证数据[1-3]。

本文通过分析某软土路基堆载预压施工过程中的监测数据，论证施工过程中路基土体监测数据变化规律；利用双曲线拟合地表沉降监测数据进行工后沉降推算，评价软土路基加固效果。

1 工程概况及地质条件

广惠高速公路挂绿湖互通立交位于增城区石滩镇，连接新城大道和广惠高速公路。该立交将扩建为双向十车道，路基宽度为48.5m。该工程部分路段存在软土地层，主要为粉质黏土和淤泥，需进行软土地基的堆载预压处理。

2 监测方案

测点布设断面如图1所示，布设原则如下。

图1 监测断面及监测点布设示意图

（1）一般路基每50m 布设1 个监测断面；桥头特殊路基，桥台搭板末端约0m、20m、40m处各布设1个监测断面。

（2）沉降点在路中线和路肩两侧各布1点；边桩位移点在路堤坡中、坡脚处、坡脚3m 处、坡脚6m 处各布设1个点；深层水平位移（测斜）在路堤坡脚处布设1孔。该工程共布设沉降断面9个，边桩位移断面9个，深层水平位移（测斜）断面2个。

3 监测成果分析

该工程软土路基堆载预压加固施工始于2020年10月20日，终于2021年2月20日；工后沉降监测终于2022年10月6日。

3.1 深层水平位移（测斜）监测分析

深层水平位移（测斜）监测典型曲线如图2 所示。该软基处理区堆载施工过程中，深层土体沿垂直于堆载边界向外侧移动，在堆载初期，土体的侧向位移量较大、位移速率较快；在堆载后期，位移速率减缓，位移量趋于稳定。在堆载施工及恒载期间，各监测点不同深度累计水平位移介于1.25～28.50mm之间，累计位移量最大的为CX-1测斜管管口下3.5m处；最大位移速率4.63mm/d位于测点CX-2 管下4.5m 处，未超过设计允许值5mm/d。测斜监测成果数据表明堆载预压区域范围的土体没有出现明显的滑移，路基相对稳定[1]。

图2 代表性深层水平位移（CX-1）监测曲线

3.2 边桩水平位移监测分析

该工程边桩水平位移监测断面9个，监测点44个，编号为BZWY1-1～BZWY9-8。边桩位移监测采用全圆观测法。

在路基堆载预压施工过程中，边桩位移监测点累计位移量最大为15.2mm（BZWY2-1），最小为0.4mm（BZWY8-6）。各边桩位移监测点中最大位移速率1.28mm/d(BZWY4-1)发生在2020年11月12日至2020年11月14日间，未超过设计允许值5mm/d。

3.3 地表沉降（沉降板）监测分析

该工程地表沉降监测断面9个，监测点18个，编号CJ1-1～CJ9-2。路基地表沉降监测采用埋设沉降板的方法，沉降板底板平放在垫层之上，板底面与砂层完全接触；竖直的管杆随堆载过程逐层加高（外部套PVC保护管），将路基顶面高程变化传递至管杆顶。杆顶设有反射棱镜，采用全站仪三角高程法进行沉降监测。监测成果如图3所示。

图3 地表沉降监测时程曲线

根据图3分析可知，在路基堆载预压施工过程中，沉降板累计沉降量为12.5～197.7mm；堆载预压期间最大沉降量为197.7mm（CJ5-2），最小沉降量为12.5mm（CJ8-1），场地平均沉降量为92.5mm。地表沉降速率在堆载施工至满载后阶段相对较大，其中CJ4-2监测点在2020年11 月7 日至2020 年11 月9 日之间沉降速率达到31.15mm/d，超过设计值15mm/d，数据报警，通过监测简报的及时反馈，促使施工方调整施工工艺，最终有效控制了沉降变形的发展。其余各点的沉降速率均未超过设计值。随着堆载施工结束，在荷载保持期，沉降速率逐渐减小；在沉降监测工作结束前，各监测点连续5～10d的平均沉降速率小于0.5mm/d[3]。

4 工后沉降推算及评价

4.1 路基最终沉降量及工后沉降量推算

路基堆载预压加固工后沉降量的大小直接关系加固后路基上部结构的使用效果，因此必须将工后沉降量控制在一定的标准之内。相关研究表明[1-3]，基于沉降监测数据，采用双曲线回归分析方法，推算路基最终沉降量及工后沉降的结果相比实测值误差较小，能满足工程需要[3]。双曲线拟合沉降监测数据方法如下。

将实测St-t曲线的起点放在t0处，沉降曲线接近于双曲线；近似地用双曲线方程表示，如式（1）：

式中：S0——t0起始时刻对应的沉降量，mm；

St——t时刻对应的沉降量，mm；

t0——起算点，通常取最后一级恒载稳定日期；

t——沉降监测数据点对应的监测日期；

A、B——待求解的线性回归常数。

当t→∞，由式（1）可得最终沉降量：

将式（1）改写为：

式中：∆S——工后（剩余）沉降，mm；

S∞——最终沉降，mm；

Ut——固结度。

因篇幅所限，本文以CJ2-2 监测点为例，取该工程2020年11月21日（达到满载）至2021年1月9日的沉降监测数据，采用双曲线法拟合，其中，S0=86.8。拟合结果如图4所示，R2=0.9754，接近于1，拟合效果较好。

图4 CJ2-2双曲线法拟合图

根据图示将系数A、B代入式（1），得到监测点CJ2-2的双曲线方程式（6）：

根据式（6）计算2021年1月19日（60d）的累计沉降量为113.48mm，相比实测沉降量112.30mm，误差1.20mm，相对误差1.07%，表明双曲线法能够较准确地反映实际沉降发展规律。利用双曲线法计算18 个监测点最终沉降量、工后（剩余）沉降量及固结度如表1所示。

该项目截至监测结束，各监测点推算工后（剩余）沉降介于0.7～15.3mm 之间，小于该项目设计容许工后沉降100mm。加固段路基平均固结度大于94%，堆载预压加固效果良好，达到卸载标准。

4.2 路基堆载预压后期沉降监测情况

该工程监测结束前，各监测点第一个月沉降速率范围为0.18～1.78mm/月、第二个月的沉降速率范围为0.05～1.25mm/月，符合连续2个月沉降速率小于2mm/月的卸载标准，达到路面铺筑要求。

5 结束语

该项目通过多种监测手段获取、分析软土路基堆载预压施工过程中土体的变形发展规律，并在监测数据出现异常时及时反馈，能够有效指导施工过程，保障了路基土体在加固过程中的稳定。基于监测成果分析该项目软土路基的工后沉降、工后月沉降速率，判定路基已达到路面铺筑标准。路基土体在逐级堆载至恒载阶段，位移速率较大，此阶段应注意控制堆载进程，避免因堆载过快、堆载不均匀造成位移（沉降）过快、不同部位差异沉降大等问题。堆载预压施工恒载后至卸载前阶段的路基地表沉降数据能够被双曲线法很好地拟合，基于拟合双曲线方程推算的后期沉降量比较符合实测数据。实践证明，利用双曲线法推算软土路基的最终沉降量、工后沉降量及固结度，可以简单评价堆载预压法软土路基加固处理效果，并作为卸载的判断依据之一，具有较好的工程实用价值。