宿淮高速公路淮安段特殊路基处治沉降观测分析与研究

1、宿淮高速公路淮安段特殊路基处治沉降观测与分析张义贵 1 顾祥峰 1 李杰 21. 淮安市高速公路建设指挥部，江苏 淮安 223001；2. 南京水利科学研究院210000)内容摘要：从对宿淮高速公路淮安段特殊路基段落土方填筑施工期、等载预压 期、卸载 +路面施工期、缺陷责任期等各阶段共历时 36 个月的沉降观测，建立水 泥湿（粉 喷桩复合地基、挤密砂桩地基、等 （超 荷载预压地基等荷载和沉降关系曲 线，并通过修正设计填土速率，解决了该路段路基填筑施工期的稳定问题，提出各关键词：特殊路基路段工后沉降预期值以及适用不同地质条件的软基处理方法。沉降 观测 分析Su Huai highway Huai

2、 An section special roadbed punishment settlementobservation and analysisZhang Yigui 1 Gu Xiangfeng 1 Li Jie 2(1.Huaian Highway Construction Headquarters, Jiangsu Huai An 223001; 2.Nanjing water conservation academy of science 210,000abstract: From to su Huai highway Huai An section special roadbed

3、section folkrecipe reclamation construction time, and so on carries the precompression time, the unloading + road surface construction time, the flaw responsibility tenure in office and so on various stages altogether 36 month-long of settlement observations, establishes the cement to be wet (powder

4、 to spurt the pile compound ground, to crowd the dense ground, and so on (ultra load and the subsidence relations curve and so on load precompression ground, and through the re-engineering earth fill speed, has solved this road section roadbed reclamation construction time stable problem, after prop

5、osed various road sections labor subsides the required value as well as is suitable the different geological condition the soft base processing method.Key word: Special roadbed settlement observation analysis 前1 言宿淮高速公路淮安段全长55.6km,填土高度在2.510m之间，其中特殊路基处治约 13.6km ，设计采用水泥搅拌桩、碎石垫层、挤密碎石桩、土工格栅等处理 方法。根据设计院

6、提供的详细工程地质勘察报告，宿淮高速公路淮安段地面 以下分布着亚砂土、粘土、粉砂、细砂、淤泥质土、亚粘土等土层，其中不良土层 主要指粉、细砂和淤泥质土，按设计要求需进行特殊路基处理。淤泥质土路段含水 量w约为3168%、孔隙比e约为1.01.8、压缩系数a v约为0.521.6MPa -1、液性指数大于 1.0，该土层属高压缩性土，强度低，处于流塑状态，该类土 层设计要求采用水泥湿喷桩进行处理；按照中国地震动参数区划图(GB18306-2001)和宿迁至淮安高速公路工程场地地震安全性评价报告，该 地区地震基本烈度为度。由于该地区地下水位高，粉、细砂土、亚砂土等浅层 土，部分被判定为可液化土层，

7、对该类土层进行挤密碎石桩或挤密砂桩抗液化处 理。交通部JTJ017-96公路软土地基路基设计与施工技术规范中路基工后沉降 的规定，就是高速公路在正常的运营时段内( 1 5年-20年)，路基的工后沉降应控 制在：桥头部位工后沉降 10cm一般构造物和过渡段工后沉降 20cm 一般路段工后沉降 30cm,为了满足路基工后沉降的要求和确定路面结构层施工的准确时间，有必要对特 殊路基相关路段处治后进行沉降观测，预测其工后沉降是否满足规范要求以及在沉 降观测过程中判定实施路面结构层的准确时间，同时亦可计算出因沉降而增加的填 土方量。另一方面可以为今后类似工程提供一些科学数据和相关依据。受省、市高速公路指

8、挥部的委托，由南京水利科学研究院、河海大学承担淮安段特殊路基处治 沉降观测任务。2 沉降观测依据和设计要求 2.1 沉降观测依据和意义软弱地基上建筑高速公路，沉降是一个非常突出的技术难题，而规范对工后沉 降要求又十分明确，为了保证高速公路路面的平整，尽可能的减少桥头跳车，必须 将路基工后沉降控制在规范规定的范围内。根据交通部部颁公路软土地基路堤设 计与施工技术规范( JTJ 017-96)的要求，在软土地段布置沉降观测断面。根据 土力学基本概念，路基沉降不仅是填土荷载函数，而且还是一个时间函数，只有通 过原位监测才能比较客观地认识其沉降过程和变化规律，在实测数据的基础上进行 分析计算，推求未来

9、时间段的沉降。通过沉降观测，可以获得荷载、沉降关系曲线，可以揭示水泥湿(粉 喷桩复合2.2沉降观地基、挤密砂桩地基、等 (超 荷载预压地基等荷载和沉降关系曲线；对实测的沉降 曲线进行数学、土力学等相关分析，提交工后沉降预期值，并且可以获得在不同的 地基处理方法条件下，地基内部分层最终压缩量和下卧层最终压缩量，由此提出排 水固结法和半刚性桩、柔性桩复合地基法控制工后沉降设计的新思路。测设计要求沉降与稳定动态观测是控制路堤稳定的有效方法，是验证设计的重要手段；同时沉降还是推算路面铺筑时间的基础资料，也是路基土方计量的重要依据。沉降观测点的布设原则：、软土层厚度大于5.0m、路堤高度大于5.0m和

10、软土层横向有倾斜的软土路段，纵向每 50m 设一观测断面，路堤中心及两侧路肩 布设3个观测点；、一般路段纵向每100m布设一观测断面，仅在路堤中心布设 1个观测点；、在跨度超过30m的桩基结构物的两端各设一观测断面，跨度小于 30m 时仅在一端设置。2.3沉降观测频率施工期：每填一层观测一次，路堤填咼超过极限咼度后，每天需观测一次， 因故停止施工，每三天观测一次。预压期间：第一个月每三天观测一次，第二个月至第三个月每七天观测一 次，从第四个月起每半个月观测一次，直到铺筑路面前。不稳定状态的判断标准：路堤在填筑过程中，若中心日沉降量达到 1.5cm/d,或日侧向位移量达到0.5cm/d以及边部日

11、沉降量大于中心沉降量时，标志着不稳定状态的出现，应立即停止加载。2.4观测断面设计方案根据各施工标段特殊路基处治设计方案及对应的地质条件、设计确定的沉降观 测点数量表，编制出各相关观测断面，地质土性指标参数表。描述出相关沉降观测断面的地质土层厚度、分布情况，以及土层物理、力学性质指标参数。4沉降计算 4.1沉降计算压缩层厚度确定原则： S n < 0.025 i=1 S。式中： S n ：由计算深度向上取厚度为 1m 土层计算变形值； S i ：第 i 层 土层的计算变形值。 规范规定的沉降计算公式： S=msi=11Es i (T z i +-12z ii式中：S:沉降量cm ；m s

12、 ：沉降修正系数；Esi ：土层压缩模量 MPa ；(T z : 土层垂直向附加应力kPa ；h i :第 i-1 层至第 i 层之间土层厚度 cm 。Esp=1+(n-水泥搅拌桩深度范围，采用复合地基压缩模量代入公式中计算。1*Fv*Es式中：Esp :复合地基压缩模量 MPa；n :桩土应力比，取58; Fv :置换率;Es ：土层压缩模量 MPa 。4.2固结计算采用 Terzaghi 一维固结理论，其计算公式为 4281vU nnTv=Cv t / h 2式中：U t :固结度;C v ：固结系数 cm2/s; h ：垂直向排水距离 cm ; t ：固结时间 s 。4.3典型断面计算结

13、果1。南京水利科学研究院根据宿淮高速公路特殊路基处治评估报告针对不同的 软基处治方法，对典型断面各阶段理论沉降量进行计算，详见表宿淮高速公路典型断面沉降计算成果表 表 1r I井良械弓IL'I 1 ；A ；1 nt J7 ift5 V Hk题Hi蜥M麼1 m >lAtX 上沉降fll cm J见作地4t沆胖呈E)陆1*応障V< cm >130 k 到至沉 齢A i* o)ll'l和¥fJHiiJ 1 嗣 fi'i 时 Ml(dJ卜蔚圧囿钻时何c.d>1=1172+7595 2 5-31鼻£31.鑒巧2731 313?.

14、63;21 525?2J?7卩|21173+351 r1173+16 6r Bs3 3. 331. 43h23 3S2 L S50cm1173+ IGB - ll?3+53fe6. 13993即舟3230 0&1.55 8523跖：3 1263511871M 口 m1 8:2臂fcS75 &920 5211 »11 5g Og9歩 3100< FilL-浣i'l'5fcllu+iOlWIL *5列特30 7fU 9S理1 B3ilflQ桔L ii旳bkii+ 疔a3.Kal. %jlLK57 rs2i 07LOL把20 %n. ,g取0hLH5

15、£3£ TSJ： ,1和I：二 Q i亠16衣LE ifb $1:衍 II P翩彳辂號十:、l,Lthl 耨+ ID33 T»)1. n(36 2129 1b3 ；3，lbKUMtiairtfr J. 17?Mlari kl 9&+WBi.H% 4110 SI -卩21 il二 1 IS1:2wM16W=*1勵狗S:和10in.75 5iK 163 TJ們Jf II. 2i;n-'i皿瞪训iiklKtm = kl附节卅M3EOHfit17 '：21 T祐*5严.«2；Klt%tffr 址;？'ll.1："Eltk

16、iv+fcbJ Ql对IS9e.M轻ii3? ：!.3 S6 'Si：17硏U KllU05沉降观测断面分类与划分特殊路基处治方法：主要有水泥土桩复合地基和堆载预压，堆载预压采用碎石 垫层、土工格栅组合处理。5.1水泥土桩复合地基按照设计要求，水泥土桩复合地基上部铺设 40cm 厚碎石垫层，然后填筑土 方，水泥湿喷桩复合地基观测断面分布在淮安段三、五、七和十标，填土高度从 2-8m ，地基土层分布和土性指标存在较大差异。 5.2预压地基预压地基采用 40cm 碎石垫层地表处理，通过地基土自身的排水通道，进行排 水固结加固。有些段落碎石垫层上另铺设 1-2 层土工格栅进行处理。 6 沉降

17、观测数 据分析按照设计要求布置沉降观测断面，沉降板在路基填土完成第二层时，开始埋 设，并以此作为初始读数进行跟踪观测。观测数据和数据整理分四个阶段： 路基 填筑施工期； 预压土填筑后预压期； 路面施工期； 路面建成后运行期。由于现场具体施工实际情况限制，设计要求的个别观测断面无法埋设沉降仪器而放弃观测。大部分观测断面观测数据完整、齐全。 6.1 沉降观测数据分析根据特殊路基处治手段不同，分为水泥搅拌桩复合地基和一般预压土地基进行 分析、比较。6.1.1水泥搅拌桩复合地基根据设计图纸，从淮安段三、五、七和十标汇总出水泥土桩复合地基观测断 面，针对各个观测断面的地质条件、水泥土桩间距和深度、上部荷

18、载情况等因素， 从沉降量、填土速率、沉降速率加以比较、分析。地a H :勺ki? ?；« LB-K7中4 5fr1 5T JS1彗号1 J即LIk -roii7*ngU：J*-5；Binn*mA區应期®Nt-I 41. 5*1L弓t导Hl *>1 i9Ml 3i典丄篩0石卧4H踊二 X5 H2* It 10I 5'I； ?a=L n2 H总1!血：2aM H* Uij ba 127 HOi13 »；Q 211 b；5 631J 1 20!而* Kr 15St M)1 MT OOIt BflII 1019 N:岬制1匚心"m>L

19、1;tbL：右EibU门®:LBq5賂5 It尊ai* *:Mi »!tl*.t4bQ|1I?*L»DBl '*?«tlE"* 1«lS(T'31txt«T<a«忡：:哂附yjJ *1 1!fl*l iin. 1心11杓I，梓戸阳a1tl H11 $1; 1%LI tSil MIS s$It垃8二二旣&十方ts工5归le昨1$列CQn M"|卜51切耳n:B HI: »14 ntv »£2 H:min OQ11 «0: a闻fldti

20、1订月m11i3Wtt«L£1卜叽K%n祁各ip>i 37 11.1 DI、i At Miiirt'natES"t55njSTtfiiniiBctriBU外Tl亠*1 丸外 m b'lT.#» 'H 乩伸t 1*T*加>1 :血1 1颐¥l J知1«41 1存:八,l>1 Plk, -9r TO）科Lf IQ? rt庖勺 IHf.!Ohs n:1 w1削口H JQ 31 :DU 10:hfl小d Mmr* »名uLI M*4必 fld愛强il祜tb u序:：“码m13 f1-ftL2

21、除了大部分剩余沉降量，通过上述处理以后，路面运行期，其工后沉降大多可 以满足规范所要求的数值。从水泥土桩复合地基沉降过程来看，经过水泥搅拌桩地基处理之后，路基沉降 相对天然地基而言，绝对沉降量要小，预压期沉降稳定所需时间较短，沉降速率稳 定较快。从中选出较为典型的观测断面进行相关分析。女口 CRK169+050观测断面，采用水泥搅拌桩处理（桩距 1.1m*桩长8m ），填土高度最大达到7.89m，正式通车前累计沉降量为534mm，其中路基施工期发生的沉降量为 504mm，占 当前总沉降量的94.38%，历时10个月，平均沉降速率为50.4mm/M ；预压期沉降量为19mm，占当前总沉降量加1孟

22、戢5 as6 lei. 06? 68?.»5 5?5. 221勺2工I J闯1 Fl'11騷冷苛20Riru；7oIIG5+050JU日尹巧0tier-360Kise+sna期七硕J即W 56*1 5T. 5*1. 5勺 S*1 56*1 S5*1 5針I 55*1 5S*t 51020 50S Efl23 1037 -1019醐21, 9512 GOT半前甜汁炕降Oso30ll.Q£T.IP33.-90:P. 99iij23.鬪II. iomm10 DO53 0«4，一 Od31 00S3 -DDT. 0016 MI k DDfiD CIDmn1+la6

23、IZEE36rn1 Gfi ISt gg5畀3Bt 3J6.怡7. OP£ $0屮用Kise+9ac11 a&+9&f)IlE?+fl30El 37+teaRl SF 00I1E；?+300Kia；+35CEiEr+.-loaKI堆临蚯辭为武551 5s. 5*1 55 stj a10*1 tICTM. -31叭%10+1 1cnW 5015 35IS 3?也聖15 4512. TO21.6D'22.es他北讪第计一沉備22 2022 6525. 1522 OS23.451& gsIt ?02?. DD25 asrmg CO1： Ofi1&.

24、oaL4 Oft12.-00：.DO303B. DD20 aorrifnIG1-t131fts10IE4加L局腔m6. 91&右耳G. 1号& 3；6. 115 OSS. h5 r电"ii卩丿m RT+%aiilin7+S50Kirr 乜IDKIS7+ 7盘 ftRl Jt7+a norni+ftT?'KIIf汁沪i m宿淮高速公路淮安段特殊路基处治沉降观测与分析的3.56%，历时4个月，平均沉降速率为4.8mm/M ；卸荷期+路面施工期，沉降量为11mm,占当前总沉 降量的2.06%，历时19个月，平均沉降速率为0.58mm/M ;从沉降过程曲线可以 看到，

25、填土高度小于2.53m区间，沉降量较小，当填土高度在 35m时，沉降 出现陡降，该段沉降速率较大，最大达到12.57mm/d设计控制指标（10mm/d,因此，观测单位提交预警报告，提出控制加荷速率的具体措施，沉降曲线表明前期 沉降速率大，后期沉降速率小，填土高度继续增高，沉降速率反而减小。可见对 于宿淮高速公路地质条件来说，搅拌桩软基处理，效果比较明显。6.1.2碎石垫层（+土工格栅处理地基按照填土高度，分为四种情况，填土高度分别为02.5m；2.55m； 57m 以 CRK167+950填土和沉降过程曲线 8.00 7.00 6.00 5.00填土 高度（m） /沉降（10cm） 4.00

26、3.00 2.00 1.00 0.00 02-12-2 -1.00 -2.00 -3.00 -4.00 - 5.00 -6.00 -7.00 -8.00 -9.00 03-3-2 03-5-31 03-8-29 03-11-27 04-2-25 04-5-25 04-8-2304-11-21 05-2-19 05-5-20 05-8-18 05-11-16时间 及7.0m以上，对沉降观测资料进行归类、分析。一般地基处理路段各主要时期沉降资料汇总填土高度路基段落地基处理方式 路基施工期沉降 通车前累计沉降 预压期沉降 路面施工期沉降 路面运行 期沉降 填土高度 路基段落 地基处理方式 路基施工期

27、沉降 通车前累计沉降 预压期 沉降 路面施工期沉降 路面运行期沉降 m 里程 a、b、c cm cm mm mm mm m 里程 a、 b、c cm cm mm mm mm 5.95 6.40 6.64 6.39 6.85 5.29 5.79表 3 5.6 5.55 K172+905K173+365 K173+420 K173+470 K174+370 K195+025 K195+125 K195+225K195+600 b 19.90 21.50 13.00 3+ / 5.85 6.21 5.74 b 19.40 23.95 25.00 20.5 b 35.00 41.35 33.50 30

28、 b 36.80 38.40 14.00 2+ / 5.76 5.83 7.28 7.14 b 50.90 54.80 29.00 10 b 7.75 9.75 16.00 4 b 11.10 12.10 4.00 6 b 10.55 15.35 35.00 13 b 7.60 9.50 15.00 4K195+700 K195+800 K195+900 K196+200 K196+300 K196+400 K196+500 b 8.00 10.15 10.50 11 b 4.25 5.30 7.50 3 b 5.15 6.30 9.50 2+ / b 8.05 9.25 4.00 8 b 1

29、1.15 12.558.50 5.5+ / b 6.00 7.70 17.00 0+ / b 11.85 12.50 1.50 5从表 3 K172+905K196+500 路段预压地基+格栅路基处理观测断面数据资料 可以看到，填土高度02.5m,沉 降量和沉降速率较小；填土高度 2.55m,路基沉6宿淮高速公路淮安段特殊路基处治沉降观测与分析 降发生陡降，该段沉降量 及沉降速率较大，沉降速率与填土速率成比例增加，沉降速 率随预压时间延长， 逐渐趋于稳定； 57m 填土路段，路基沉降量和沉降速率又出现 增长，沉降稳定 所需的时间较长。如 CRK167+950 观测断面，填土最大高度为 6.61

30、m， 采用 40cm 碎石垫层 +1 层土工格栅处理，正式通车前累计沉降量为 743mm， 其中路 基施工 期沉降量为576mm,占总沉降量77.52%,历时11个月，平均沉降速率为 52.36mm/M ;预压期沉降量为156mm,占总沉降量的20.99%,历时5个月，平 均沉 降速率为 31.2mm/M； 卸载期+路面基层施工期沉降量为 11mm, 占总沉降 量的1.48%,历时20个月，平均沉降速率为0.55mm/M。由此可见对于宿淮高速 公路,采用高填土 预压处理,其效果比较显著,可以通过预压处理手段,大幅度 减小路基工后沉降。从 沉降观测过程曲线来看,整个沉降过程与上述情况比较一 致。

31、这也显示出宿淮高速公 路路基地质条件的特性,该路段主要以粉土为特征的 地质条件,对于亚砂土地基,预 压处理是最经济、最简便的处理方法。 6.1.3 各观 测断面沉降过程曲线 按照设计图纸要求,结合现场实测资料,考虑到路基填土初 期沉降量小,绘制沉 降过程曲线时略去初期沉降（ 3050cm 填土高度所产生的沉降)，将填土高度和沉降 曲线归于同一零点，绘制出各相关断面荷载沉降过程 曲线，并标注出相关的地基处 理手段和必要的观测说明。 6.1.4 填土施工期横断面 沉降分析 剔除个别断面因填土高度左、中、右的差异和浅层地质条件的差异，横 断面左、 中、右三块沉降板的沉降量的比值，左：中：右大约在0.8：1：0.8。基本上符合理 论计算值。 7.工后沉降预测 根据现