盐通高速公路先导段软基处理沉降观测与分析

1、第 26 卷第 5 期南 京 工 业 大 学 学 报Vol . 26No . 52004 年 9 月JOURNAL OF NANJ ING UNIVERSITY OF TECHNOLOGYSep .2004盐通高速公路先导段软基处理沉降观测与分析张红兵1 ,周启兆2(11 盐城市交通工程质量监督站 ,江苏盐城 224002 ;21 盐城市交通局 ,江苏盐城 224002)摘 要: 以盐通高速公路先导试验段为例 ,通过对路基施工过程中的沉降观测 ,详细地分析了填土(等载) 预压、铺砂垫层、粉(湿) 喷桩、插塑料排水板、挤密碎石桩等各种地基处理方案中路基的沉降变形规律 ,根据沉降观测数据分析结果得

2、出结论 ,并说明各种加固软基方案在解决路堤稳定性、缩短工期和加固效果方面各自具有的优势。关键词: 高速公路;软基处理;沉降分析111111中图分类号: U416 0文献标识码: A文章编号: 1671 - 7643 (2004) 05 - 0105 - 06盐城至南通高速公路是我省苏北地区具有重大线软土地基的施工 ,具有十分重要的意义。意义的交通基础设施 ,项目区域内水网密布 ,河道纵横 ,沟渠密集 ,沿线广泛分布软土地基和砂土液化地1 软土的工程特性基 ,且软土层较厚。大丰先导试验段起点桩号是 K20+ 100 ,终点桩号是 K26+ 500 ,长 6 4 km ,地面标高一勘察资料表明 ,

3、先导试验路段软土主要有 1 -般多在 2 24 0 m 之间 ,试验段所经区域 ,软土和液2 、2 - 2 二层 ,主要以淤泥或淤泥质亚粘土为主 ,1 -化土分布广泛 ,是具有软土代表性的典型路段。因2 层埋深为 0 99 6 m ,全线分布; 2 - 2 层埋深为此 ,深入研究试验段的软土地基处理方案的可行性、10 812 8 m ,层厚 03 6 m ,其主要物理力学指标合理性和经济性 ,对于总结软基处理的经验 ,指导全见表 1 。表 1软土主要指标表Table 1Main properties of soft soil层位土质埋深层厚天然含水量孔隙比压缩系数内聚力内摩擦角/ m/ m/

4、%/ kPa/( )1 - 2淤泥质粘土或亚粘土1111111111111720110 99 60 54 531 541 60 9821 1730 360 793 711 22 - 2淤泥质粘性土11111111114171110 812 803 638 841 81 0671 1660 440 663 33 6从表 1 中的数据分析可知 ,先导段的软土具有置不少于 50 m 的过渡段 ,其工后沉降 20 cm ,涵洞天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、抗剪和箱形通道处工后沉降 20 cm 1 。应用总应力法强度低、流变性显著等特性 ,是典型的软土地基。1进行稳定计算 ,路基稳定系数不

5、低于1 15 。在软土2 软土地基处理的设计方案地基处理设计过程中 ,充分考虑软土的特性、分布范围、软土厚度、路堤高度、所处位置(桥头、涵洞或通大丰先导试验段软土地基路堤设计按沉降和稳道、一般路堤) 及工期要求等各方面因素 ,不同的路段采用不同的加固措施。在施工图设计中主要采用定两部分进行控制。在设计使用年限内 ,一般路堤了填土(等载) 预压、铺砂垫层、粉(湿) 喷桩、插塑料工后沉降 30 cm ,桥梁两侧(57) h ( h 为台后路堤),路堤范围工后沉降 10 cm,排水板、挤密碎石桩等 5 种软基处理办法。边坡高度X路桥之间设X 收稿日期:2004 - 03 - 29作者简介:张红兵(1

6、968 - ) ,江苏盐城人 ,工程师 ,硕士 ,研究方向为道路与铁道工程。106南 京 工业大学学报第 26 卷应小于 5 mm/ 月;超载预压期控制标准:原地面连续3沉降观测与分析两个月的实测沉降速率应小于 8 mm/ 月; 施工沥青混凝土下面层控制标准: 原地面连续两个月的实测为了及时准确地掌握先导段施工过程中路堤沉沉降速率应小于 3 mm/ 月。降状况、控制填土速率、预测沉降趋势、确定卸载时3 2月沉降速率区间统计分析间以及软基处治施工方案的效果 ,进行全面细致的根据先导段的施工进度情况 , 6 4 km 软基处理沉降观测工作是十分必要的 ,软土地基沉降观测分于 2002 年 2 月结

7、束 ,路基填筑于同月开始 ,路基填析国内外同行已作大量研究 24 ,本先导段全线共筑工程结束后 ,部分路段如 K20 + 850K21 + 000 ;布设了 71 个沉降观测点 ,45 个观测断面。K21 + 220K21 + 280 ; K21+ 360K21 + 440 ; K23 +3 1沉降观测控制标准400 K23 + 450 还进行了超载预压 , 表 2 为截止先导段路堤填筑期填土速率控制标准: 沿路堤2003 年 3 月(即预压期 5 个月) 逐月有效观测点沉降中线地面沉降速率每昼夜应小于 10 mm ;堆、等载预速率区间统计汇总表。压期控制标准:原地面连续两个月的实测沉降速率表

8、 2盐通高速公路先导段工前月沉降速率区间统计Table 2Statistics on the monthly settling rates of intervals prior to construction for DF2 leading segment of Yantong Expressway观测 日1见图11 。从图111 可知1累计沉降量1111111111111111111的关系曲线表示观期3 164 184 185 285 287 17 18 88 89 59 510 610 611 7 11 712 14 12 141 15 1 162 162 173 17测次沉降数测点 测率

9、 测点 测率 测点 测率 测点 测率 测点 测率 测点 测率 测点 测率 测点 测率 测点 测率 测点 测率 测点 测率速率/ 个/ %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %/ 个 / %mm/ 月03124024 51111 723 81181211211513 1526 74 51111111111111111111111 73 835 29 41101211111151111111111111115 11033 34 52 31 77 10 98 515 28 324 41 429 54 711301

10、329 636 834 8711 816253457 63158 52543 11528 331602147 71329 6814 569 62847 53148 51525 435 658 623 8619049 21636 42239 12438 11932 2812 535 123 8911201022 71832 72641 235 123 111 7121150005131119 14 81 715118011211112 24 61 53010044100441005510063100591006410059100531005810053从表 2数据可以看出每次观测的最大沉降速率曲

11、线已趋于收敛 ,说明大部分路段的沉降量已经达区间的连线呈 V 形变化 ,在填土初期月沉降速率较到或接近设计要求的最终沉降量。小 ,随着路基填筑速度的加快 ,沉降速率明显增大 ,3 4基于沉降观测资料的总沉降量及工后沉降推到路基填筑后期 ,沉降速率又明显放缓 ,进入预压期算和分析后随着上部荷载作用时间的延长 ,沉降速率逐步减沉降观测的目的是实测工后沉降控制和实测沉小 ,且沉降收敛较快 ,预压 5 个月时 ,最大路段的沉降速率控制 ,在施工过程中判定是否达到标准 ,应根降速率也没有超过 2 mm/ d 。因此 ,逐月沉降观测资据沉降观测资料推算总沉降量 ,用计算结果推算工料表明 ,填土速度越快 ,

12、月沉降量越大 ,月沉降速率后沉降 ,然后进行判定。在设计施工表中 ,设计单位也越高 ,分析认为每月的填土速率宜控制在 45 层已经计算出总沉降量 ,由于预压期 5 个月的沉降量土以内 ,这不仅是施工安全的需要、合理工期的需已经接近设计值 ,为确保设计沉降量的准确性 ,根据要 ,同时也是确保填土质量的需要。已有的沉降观测资料 ,采用J TJ 017 - 96公路软土地1累计实测沉降量统计分析基路堤设计与施工技术规范推荐的三点法对 20 个3 3为了对累计沉降量有较为直观的反映 ,现选取典型断面进行总沉降量的推算 , 推算结果见表 3 。3 个有代表性的连续观测点 ,用累计沉降量与时间从推算结果看

13、 ,推算的总沉降量与设计总沉降量基,11,本吻合。第 5 期张红兵等:盐通高速公路先导段软基处理沉降观测与分析107图 1累计沉降量与时间关系曲线Fig. 1The curves of accumulative settlement with time表 3盐通高速公路先导段典型断面工前沉降观测汇总表Table 3The summary of settlements of the typical section prior to construction in the leading segment of Yantong Expressway逐月沉降量/ mm填高设计总沉累计沉推算总沉工后沉降

14、序号 施工桩号处理方法施工期预压期/ m降量/ mm降量/ mm 降量/ mm/ mm12345678910111K20 + 100预压459459-35954187292319181511373403302K22 + 200预压407305-11-657852251312129257284273K24 + 100预压402421-249198116491312101074314633243K24 + 780预压433452-61451068036128887369415465K25 + 500预压441459-5052143843528-181512438486486K20 + 250粉喷桩

15、35045122789658320252322193764961207K21 + 820粉喷桩430313-12828222120171615267325588K23 + 870粉喷桩390376-133796262329-2021182833911089K25 + 290粉喷桩390306-54072231616181516132342905610K25 + 990L粉喷桩4803588134179422518171218152883637511K26 + 180L粉喷桩5214038333871383120181820173124089612K23 + 500L搅拌桩430269-3-82

16、36-1125-13112012616013K20 + 795L碎石桩4203873514594791516-81083313633214K21 + 280L碎石桩585396-23191279632241510763593953615K21 + 440M碎石桩564494102272133563740351813114475085416K22 + 960M碎石桩430362-3350-834020-10752482611317K24 + 490M碎石桩55047414692912411229251310864414591818K21 + 040M排水板52444825298174934228

17、18151075395551619K21 + 700砂垫层预压4654763963142883517-13111039649610020K26 + 420砂垫层预压4171487-16-9197403511-98307371641111111111111111111从表 3 中的有关沉降观测数据可以看出 ,预压期 5 个月时 ,20 个典型断面中绝大多数点的工后沉4软基处理应用效果比较降量均小于允许工后沉降量 ,只有 K20 + 250 、K23 +1870 两点工后沉降量略大于允许工后沉降量 , 其中不同处理方法地基固结效果比较4 1工后沉降量最大值为 12 cm。因此在预压时间允许图 2

18、为实测不同处理方法的各断面路基平均固的前提下 ,可适当放大粉喷桩、碎石桩的间距 ,同样结度。从图 2 可以看出 ,采用塑料排水板和碎石桩能满足工后沉降要求。处理的路段 ,从路基填筑期开始经过 220 d 左右的108南 京 工 业大学 学 报第 26 卷理断面的地基固结速度较快 ,粉喷桩处理断面的地基固结速度相对较慢。4 2 不同地基处理方法月沉降速率比较从表 4 中数据可以看出各种地基处理方法在填土初期月沉降速率较小 ,随着路基填筑速度的加快 ,沉降速率明显增大 ,到路基填筑后期及进入预压期后 ,沉降速率又明显放缓。其中塑料排水板处理断面图 2实测各断面路基平均固结度月沉降速率较其它处理方法

19、大 ,主要是因为在软基处理时在地基土中产生的超孔隙水压力逐步消散 ,引起Fig. 2Measured average degree of consolidation地基土的固结沉降比其它软基处理方法大。同样从roadbeds for each sections上述数据可以看出 ,粉喷桩处理断面在填土高峰期最时间 ,路基平均固结度曲线就趋于收敛 ,而粉喷桩处大月沉降速率为 104 mm/ 月 ,平均值为 538 mm/ 月 ,理的路段要经过近 350 d 的时间 ,路基固结度曲线说明在填土速率较快的情况下 ,粉喷桩处理断面能承才开始趋于收敛 ,说明经过塑料排水板和碎石桩处受较快的加荷速率 ,具有

20、较高的承载力。表 4盐通高速公路先导段典型断面逐月沉降速率汇总表Table 4The summary on the monthly settling rates of the typical section in the leading segment of Yantong Expressway逐月沉降速率 mm/ 月序处理填高累计沉沉降板施工期预压期施工桩号降量1111111111111111111111111111111号方法/ m3 164 185 287 18 89 510 611 72 143 164 17/ mm位置4 185 287 18 89 510 611 712 143 1

21、54 165 171K20 + 100预压459-26853396292315181511373路基2K22 + 200预压407-8-538652251012129257路基3K24 + 100预压402-18827912849131010107431路基4K24 + 780预压433-4640868836126887369路基5K25 + 500预压441-3847115923528-181512438路基6K20 + 250粉喷桩350220805391202518-2219376中洋大沟桥头7K21 + 820粉喷桩430-10431222116171615267二中沟桥头8K23 +

22、 870粉喷桩390-103378292329-202118283窑港河桥头9K25 + 290粉喷桩1-4365825161614151613234中心河桥头39010K25 + 990L粉喷桩1710376446251814121815288三横河桥头48011K26 + 180L粉喷桩1725347642312014182017312路基52112K23 + 500L搅拌桩1-2-6640-1120-1311201农庄河桥头43013K20 + 795L碎石桩13384076871516-8108331五中沟桥头42014K21 + 280L碎石桩1-171710310632241210

23、76359四中沟桥头58515K21 + 440M碎石桩19176510862374028181311447路基56416K22 + 960M碎石桩1-2545-914020-1075248五十里河大桥头43017K24 + 490M碎石桩11352261001232925101086441一横河桥头55018K21 + 040M排水板12398814110242281415107539路基52419K21 + 70013757115973517-131110396路基砂垫层预压 4 331K26 + 4201-12-7410740359-98307路基20砂垫层预压 4 714 3不同地基处

24、理方法沉降变形的实测与分析内实测总沉降量与粉喷桩加固后沉降理论计算的估1 1粉喷桩处理地基变形分析算值基本一致。粉喷桩处理断面在整个路基填筑过4 3 1表 5 列出了粉喷桩处理地基的变形量。粉喷桩程中特别是在路基填筑较快的情况下 ,路基的沉降处理主要应用于软土地基上的涵洞、通道或桥头及速率并不很大 ,月沉降速率最大 104 mm/ 月 ,日沉降其过渡段以及软土厚度较深、填土大于 5 m 的路段。1速率最大只有 35 mm/ d ,可见粉体搅拌桩能承受较从表 5 中数据可以看出 ,粉喷桩处理断面能有效消快的加荷速率 ,这对于缩短工期、加快工程进度来说减处理地基的沉降量,填土结束后在较短的预压期是

25、很有意义的。1第 5 期张红兵等:盐通高速公路先导段软基处理沉降观测与分析109表 5粉喷桩处理地基的变形Table 5The deformation of the base treated with powder - injection piles堤高实测原地基估算 粉喷桩加固后沉降量估算/ mm桩号处理方法部位沉降量沉降量/ m加固部分 桩尖以下 总 值/ mm/ mmK20 + 2503 50粉喷桩 7 5 1 5 ,等载 + 1 0 m 中洋大沟桥头37684635216251K21 + 8201粉喷桩 611二中沟桥头267671352783133 641 2 ,等载 + 1 0 m

26、K23 + 8701粉喷桩 811窑港河桥头283728352412763 291 2 ,等载 + 1 0 mK25 + 2901111中心河桥头234765352713063 90粉喷桩 6 5 1 4 等载 + 1 0 mK25 + 9901粉喷桩 711三横河桥头288874353233584 801 2等载 + 1 0 mK26 + 1801粉喷桩 711路基312926353684035 211 3等载 + 1 0 m1 1111186550219269K23 + 5504 30湿喷桩 16 1 2等载 + 1 0 m农庄河桥头2014 3 2 碎石桩处理地基沉降变形分析渗透性能良好

27、的人工竖向排水降压通道 ,可有效消表 6 列出了碎石桩处理地基的变形量。碎石桩减和防止超孔隙水压力的增高 ,防止砂土液化 ,并加处理地基主要针对砂土液化地基、软土和液化土交快地基的固结排水的功能 ,地基固结速度快、效果明互地基段采用。由于液化土地基中主要以粉土、粉显 ,通过计算可知 ,预压期 5个月的平均固结度就达质亚砂土为主 ,挤密碎石桩通过在地基内成孔 ,充填到 922 % ,已能满足工后沉降的要求 ,见表 6,所列碎石材料 ,再配合堆载预压处理以后 ,在地基中形成成果说明预压 5个月已能满足地基稳定要求。表 6碎石桩处理地基的变形Table 6The deformation of the

28、 base treated with crushed stone piles桩号堤高处理方法部位施工期预压 期/ m时间/ d沉降量/ mm时间/ d沉降量/ mmK20 + 7951碎石桩 611五中沟桥头203287161444 2012 ,等载 + 1 0mK21 + 2801碎石桩 811四中沟桥头200297161624 8512 ,等载 + 1 0 mK21 + 4401碎石桩 611路基2103301531175 6412 ,等载 + 1 0 mK22 + 960111五十里河大桥头165206161424 30碎石桩 11 1 3等载 + 1 0 mK24 + 4901碎石桩

29、611一横河桥头203377153645 5012 等载 + 1 0 m4. 3. 3 塑料排水板处理地基沉降变形规律分析1111达总沉降量的 83 % ,说明塑料排水通道的存在 , 加表 7 列出了塑料排水板处理地基的变形量 ,从 快了地基固结过程。为减少工后沉降量尚须增加表 7 中数据通过计算可知 ,经塑料排水板处理的路 等、超载预压措施 ,使地基处于等、超载环境下使工段在加载初期沉降量较大 ,实测到施工期沉降量可 前沉降多发生。表 7塑料排水板处理地基的变形Table 7The deformation of the base treated with plastic drain boar

30、d堤高施工 期预压 期桩号处理方 法部位/ m时间/ d沉降量/ mm时间/ d沉降量/ mmK21 + 040 5 24排水板 6 12 ,等载 + 1 0 m路基213461161784. 3. 4砂垫层预压处理地基沉降变形规律分析111为 396 mm ,占理论总沉降量的 83 % ,占推算总沉降表 8 列出了砂垫层预压处理地基的变形量 ,砂 量的 7918 % ,说明砂垫层预压处理低矮路堤路段的垫层预压处理地基在施工期沉降量较大 ,实测到施 浅层软土地基时 ,在荷载的作用下 ,浅层软土中的水处为 占理论总沉降量的工期末沿竖向流入砂垫层而排出路基体外 加速了地基的76 % ,占推算总沉降

31、量的 73 % ,预压期 5 个月沉降量固结过程 ,但需要较长的预压时间。110南 京工业 大学 学报第 26 卷表 8砂垫层处理地基的变形Table 8The deformation of the base treated with sand cushion桩号堤高处 理方 法部位施工期预压期/ m时间/ d沉降量/ mm时间/ d沉降量/ mmK21 + 7004 65砂垫层 ,等载 + 1 0 m路基21334016156K21 + 28011路基182244161634171砂垫层 ,等载 + 110 m5结 论(1) 塑料排水板处理地基能有效地加快排水固结 ,表明在较短的时间内路基强

32、度及各项物理指标得到明显改善。(2) 砂垫层预压处理浅层地基是一种十分有效且经济的方法 ,从沉降观测资料来看 ,砂垫层预压处理浅层地基能加速地基的固结过程 ,但需要的预压时间较长。(3) 粉喷桩处理软土地基是非常有效的处理方法 ,从沉降观测资料也可以知道 ,在路基填筑较快的情况下 ,路基的沉降速率并不很大 ,说明粉体搅拌桩加固效果是好的 ,同时能够承受较快的加荷速度且承载力较高。预压期 5 个月工后沉降基本已能满足要求 ,这说明粉喷桩处理的路段在路基填土结束后 ,路基沉降稳定还是比较快的。另外 ,大丰试验段粉喷桩处理设计中 , 桩间距变化较大 , 从 112115 m不等 ,但从沉降观测资料的

33、处理效果来看变化不大 ,因此 ,粉喷桩合理有效的桩间距是一个值得研究的问题 ,确定合理的桩间距对软基处理的经济性有着十分重要的意义。(4) 碎石桩处理的液化土地基 ,其承载能力得到有效提高 ,从沉降观测资料可知 ,预压期 5 个月的碎石桩处理段实测沉降量远接近理论计算沉降量。设计计算和实测结果表明 ,碎石桩处理液化土地基的稳定速度快、工后沉降小 ,可以应用于高速公路液化土地基的地基处理 ,是处理液化土地基的较好方法。参考文献: 1 J TJ 017 - 96 ,公路软土地基路堤设计与施工技术规范 S . 2 徐宏 ,钱国超. 南京机场高速公路软基地基处理设计及沉降观测分析 A . 省门第一路建设论文集 C . 北京: 人民交通出版社 ,1998. 3 陈强 ,章宇强 ,黄志义. 粉喷桩加固高速公路软土地基的变形规律研究J . 华东公路 ,2001 ,