沪宁高速公路江苏段软土地基综合处理技术和实践

沪宁高速公路江苏段软土地基综合处理技术研究和实践摘要：本文着重介绍了依据试验路段和评估的成果，运用更切实际的沉降计算方法，优化软基处理，优化路基施工，用动态控制法确定铺筑路面的时间，科学安排施工，有效的减少工后沉降，使全线软基路段满足设计稳定要求，达到了缩短工期、提高工程质量之目的，为全线一次建成和提前通车提供了保证，并取得节省工程费5000万元的经济效益。关键词：沉降压缩超固结1概述沪宁高速公路横贯经济发达的长江三角洲地区，连接南京、镇江、常州、无锡、苏州和上海六个大中城市，全长274.08km，江苏段248.21km，属国家重点工程，江苏省列为“第一位工程”。沿线大部分地区为河相、海相冲积平原，分布有大量的淤泥质粘土，地质情况复杂，有软土的地段长约92.29km，主要分布在苏州至丹阳地区内(A至E五个大标段)。沿线软土层厚薄不均，最厚大于30m，一般在6～15m，占A至E标段长度的48%，占江苏段全长的37.2%。是目前全国建成的高速公路中，软土地基线路最长的一条。全线平均填土高度3.7m，最高达10m以上，设计估算最大沉降量达150cm，一般在35～60cm。高速公路对地基要求甚高，在使用年限内国内外一般规定路面的工后沉降量应控制小于30cm，桥头路堤应小于10cm。80年代，中日合作对沪宁高速公路进行可行性研究，所提出的报告针对全线软基分布广、路堤高给工程带来的问题将是沉降及固结速度问题。建议对路面实施分期铺筑，以实现最后铺筑正式路面时，能满足允许工后沉降量的要求。为此，江苏省高速公路建设指挥部特拟订了《沪宁高速公路软基综合处理技术研究》项目分别与河海大学、南京水利科学研究院土工所合作，以便达到验证、完善设计、指导施工、提高工程质量之目的。2全线软土的工程特性2.1基本情况全线土层主要为亚粘土层，淤泥质粘性土层，亚砂土层，粘土层和粉砂层等层组成。表1列出A至E五个大标段代表性土层分层钻孔资料，可见各标段软土位置及厚度变化规律：其中A标的最大含水量超过50%，淤泥质土层出现在深度30m左右范围内；B标的含水量大多小于35%，几乎没有淤泥质土；C标最大含水量达60%～70%，淤泥质土大多在表层2m以下20m范围内；D标含水量大多小于45%，淤泥质土在表层5～12m深度内；E标土层中含多层粉土间夹薄淤泥质土层，其中薄层淤泥质土含水量一般在30%～40%。根据沪宁高速公路软土段1400多个稠度资料分析，以孔隙比大于1.0的淤泥质粘土层为多，孔隙比大于1.3的软土极少。按塑性图分类定性判别，则大多数属中压缩性土。若采用蝶式仪测定液限时，有一些淤泥质土则属一般粘土。若按压缩系数分类，大部分是中等压缩性，av1—2小于5×10—4kPa—1。A、C标有少数土样为高压缩性土，av1—2大于5×10—4kPa—1。D标有少量土样为高压缩性土。A—E标软土位置及厚度变化类型表12.2地基上部土层的超固结特性在评估工作中，通过对设计单位钻探试验成果的再分析，并在A、B、C、D四大标段又选择8个断面补充钻探孔和室内试验，发现沿线地基土上部土层中的先期固结压力Pc′值大于覆盖压力，处于超固结状态，其程度由东向西逐渐增强，深度从7m至15～20m。超固结比的总趋势是由上向下逐渐减小。A、B、C、D四个标段的OCR＞1的深度见表2所列。表2孝标段折A皇B坐C僚D巡1雄—钢6请P挣c拘＞使P寇0兄的深冲度惯(沉m)境20侄20料1祸0钢—风20碑15根据原位十字板剪力试验和室内触探试验所测不排水强度Cu与有效上覆土重应力Po的比值，即Cu/Po＞0.2的深度判别，再次证明，上部土层都具有超固结特性，深度与室内高压固结试验确定的相近。2.3软土固结特性沪宁高速公路沿线的土层，呈成层地基，且大部分存在粉质土层，厚度从数厘米至十几米。特别是B、E、D三段粉质土层分布广且厚，计算分析表明，透水性强的砂性土不但自身压缩量小，压缩稳定快，即使是薄砂层也是较好的排水层，具体设计中，对Ip＜7，颗粒级配中粘粒含量又小于10%的土层视为相对排水层。3路基的沉降估算3.1最终沉降量估算通过全线软土地基的特征段，用av1-2、e-lgp’及非线性有限元引入比奥固结理论三种不同方法对比发现，单纯从理论上用沉降估算方法，难以满足工程精度要求。为此，我们在不同标段，选择了不同软土特征断面，不同填筑高度，用等载土模拟填筑荷载，实测其沉降过程线和推算最终总沉降量与估算对比得到合适的经验修正系数Ms见表3。S总=Ms×S总(av1-2)式中：S总(av1-2)—应用av1-2参数估得最终沉降量；Ms—修正系数，堤高2.9～4.0m取0.8～1.0；堤高4.0m以上取0.75～1.40。表3寨标段瓦位置才堤购高堪(颂m)含处理方法环超固结深得度淋(广m)伶(洪1)a疾V1-2巡(捏mm)钥(2橡)聪推算最终材沉降紫值堂(抬mm)衡Ms=(尼1)/(蝇2)合A虏K薪4箭+450拾2.86厚沙垫层起7浆450坡362胡0.8骆K挎2份+900沙4.37咬沙垫层伪5刺510车689引1.33惨B金K艺48来+400奴3.66停预压法棉15僵284榨284.怪5繁1.0浮K眯67扁+310股4.59渴预压法妨15片321亩379.兔2瑞1.18亏C占K纸110捎+300冬6.5像沙垫层至20叙710情914棉1.29感K柏104牺+460忠4.8旋预压法光20获290墓295脑1.02悦D敏K乔119俘+800述4.2碧沙垫层相22棚405各305茧0.75横K巩150庄+200寇7.3弄沙垫层悼22谁318银436阻1.40门E相K旅177湖+680袖6.32在沙垫层欣20四420愉284初0.68至于压缩层厚度Zn，考虑到沪宁高速公路沿线土层属成层地基，软弱土层又分布在不同深度，且大都夹有砂质土层，为安全计，建议按地基附加应力△P小于0.2倍自重应力Po确定压缩层Zn的深度。若计算深度Zn以下还存在软土时，应继续计算直至地基附加应力△P小于0.1倍的自重应力Po为止。3.2固结计算软土层承受荷载后，随时间逐渐固结，而固结计算的目的，是为确定任一时刻土体的固结度和该时刻的沉降量，对不作处理的地基，其固结度的计算根据太沙基的单向固结理论假定土为均质的。实践证明计算值与实测值误差较大，目前还只能靠现场观测来修正确定。4软基处理的试验与改进4.1软基处理的判断方法的改进4.1.1在复核软基沉降时采用了以钻孔为单位，孔隙比为基本参数的统计计算指标方法取代以土层为单位，沿公路纵向分段统计计算指标的方法，缩小了计算误差及软基处理的规模。在复核沉降量时采用了能考虑超固结土压缩特性和估计软土中侧向变形对垂直沉降影响的分层总和法取代100～200kPa压力范围的压缩系数法。使沉降量估算更符合实际。原设计是根据总沉降量大小作为何种地基处理的依据，这样做的结果，忽略了沪宁高速公路沿线土层属成层地基，尤其粉质土层对加速软土固结的影响，因此，改为以工后沉降量为标准，来确定和判定软基是否需要进行处理，或采用何种处理措施的依据。4.2软基处理的优化4.2.1以30cm厚砂性垫层材料和一层有纺土工布取代50cm厚砂垫层。只要施工条件许可，排水板间距的减小对固结度的增长影响甚微。因之，若有半年以上的预压期，由1.0m适当加大排水板间距至2.0m，不会明显影响施工后沉降量，也可减少施工扰动。对桥头遇到桥台施工与台后填土的安排发生矛盾时，为保证工期，在一些软土路基的高填土部分改用粉体搅拌桩处理，以减小软土侧向变形对桥台的影响。优化变更后的软基处理方案，已简化为以堆载预压法为主(约占软基段总长72%)，砂垫层和等、超方案，的载配以少量塑排水板预压及极少数桥头部位的粉喷桩处理方案。通过施工实施证明，变更优化的软基处理方案，更加符合沪宁高速公路软基沉降与稳定的实际变化规律，技术上更趋可行，经济上更趋合理，同时也考虑到工期、工艺配合与衔接。灯5严铺筑路宿面时间的局动态控制峰懒确定暂路面施工吓后的工后阁沉降必须侵准确掌榨握抗“检最终沉降绢量危”本和已发生附的沉降量合，由于最透终沉降量辞估算值的刮误差很大皱，而且包受括路面全齿荷载在内抽的实测沉胡降过程线母，是在铺炭筑完成路册面以后才蛛能测出，粥难以在路彻面全荷载瞎发生前准申确预估，肾如不能正傲确预估路粘面施工后泼的工后沉认降，不是雅把路基预蛋压时间拖教得过长，贯延误工期京，就是在站路基未及我稳定时铺穷设路面，连路面下沉掘后，要用弓昂贵的路徒面材料，溪加大面层边厚度，弥与补过大的察沉降，为饼确保工后汤沉降的标剩准，确定客填筑路面略的时间，搅制定施工垦控制条件粪，我们选嘱择了不同煎软土特征绒断面，不畏同填筑高繁度的路段榨，用等载蒙土模拟路另面荷载，貌实测其沉世降过程线猜，与一般躲堆载路线驳规律对比吸，在分析盐了大量份的现场实楼测沉降曲仿线基础上腹，推算满瓦足工后沉僚降时对应婚的沉降速添率值作为鲁施工控制组条件，它古考虑到荷肝载、地质预和处理方然法的不同画，所带来耳的复杂影疤响，选益定瓣9档5膛区顶面赔按刑0.5c枯m西/偏月；路面翠结构各特采征层旅按滴0.3c帮m凡/棚月实施动概态控制。准稠上述渴沉降稳定证动态控制导法，其实猴质是用已宫发生并实禁测到的沉罗降速率来较判断路堤拾沉降的稳月定状况，真控制路面尤铺筑时间纸，使路面银完工后，谁其工后沉拉降达到高拍速公路质瘦量标准见奏表践4情。嚷表4烛标段倾观测点总婚数充(悉个萝)全0颠～塌3mm强/叔月捎3为～摩5mm半/站月缺5悔～悬7mm害/宾月跌7屡～系10mm艰/节月黎1桃0拜～仍14mm己倾/释月许1蜜4茶～绪18mm美/缸月存点搞%塞点筛%粒点死%供点猪%桑点炒%用点省%衣ABCD金E袋Σ析2251某5911伯4127莲7570接0邻2161昆5610劲9120哭7267稻3良9698赴.109秧5.60元94.5奔0969丸6.14您4337刑320利1.77眯1.88喉2.60捎5.54背2.85轨0010著01世000.哄800效1010杰02时0.40边0.80店0挂3000挠03撕1.20帽000寸1000俗01杆0.40峰000本6厌结束语酒碍概括播起来有下知述几点认方识和结论稠：育赢郊跟(1无)兔深入分析选了沪宁高值速公路软恢土基本特番征。地基盏主要是一柳般粘性土江和粉土组竭成，天然炒含水量大役多疯在少20壁%间～罪40华%气之间，少披数高惹于托40姻%摸，为淤泥偏质土，按某国家标准首分类为低扛液粘土或娱低液限粉哀土。压缩般性中等，握只有少数注属高压缩升性。锄苹霸个(2深)贝沪宁高速螺公路东段狭软粘土层熟处于超固祝结状态。崖其程度由俘东向西逐青渐增强。星并经高压钟固结试验脱测得的先郑期固结压木力和原位绿十字板剪锅力试验、榜室内触探羡试验测得假的不排水牲强度与有拿效覆土重汪应力的比蒜值判别所娇证实。超潜固结比由网上向下减骂小，深度召达搭1渴0胖～省20夕m序。忙幅页营(3橡)冻截厕止斩199廊6贫年娘8旁月底路面谅施工完成让后，全线傻软基实测色沉降速率暖在现0喘～及3mm快/竭月，平均惰已老达红96遭%腊以上。斗图登1勿为典型沉蓄降过程线华。侍笼图过1桃耀BK60宽+47毫2谢测点地基鞭沉降实测鹊曲线葡忆风螺(4插)锋在不同的卷地质条件恐、外荷条诱件下因地妈制宜采用益经优化的余软基处理家方法取得错良好成效约：妻赛利用替路堤堆载辜或等载预岂压是最经她济处理方症案。结合速沪宁高速眯公路软土百性质，机又普遍存飘在粉砂夹医层，对中钓、低路堤婆的加固效扬果实在、弊消除工后县沉降作用涉明显。狡排水固仆结辅以等耐载或超载送预压法对字高含水量铲、高压缩售性、低强具度软土是惕经济合理秋的有效加出固措施。岭可取得良朗好效果。登在有薄砂咏层的条件田下塑料排朱水板可适慨当加大间捷距钥至吓2咐m句。弯急粉体稻搅拌桩加姿固法具有老能减少桩裹身范围的译沉降量、梢抗侧向变隆形能力强胶和加快工抱期等优点猜，但价格素较高。在参未能穿透令软土层的唉条件下，厘其优点受疼到一定限垄制。嚷结合土工教织物的砂坟垫层不仅料能起到排仗水固结界眨面作用，咐还能有助译于减少总从沉降量、惩防止泥污理染，使沉盟降较均匀赞。采用土坚工布的砂钻垫层厚度韵可候由晴50c色m咐减薄雪至渗30c刘m苗；砂料可久用渗透系窑数大于地者基售土舍2防个数量级悦的透水性岸材料替代帖。托晃晨泥(5百)谎施工沉降梯观测实测响资料和非逢线性有限凶元计算成愚果都表明仙，以太沙资基一维固旧结理论为匀基础的固汽结计算时剩间所确定灾的预压期伴偏保守，鲁应通过施士工现场观背测加以修紧正后，再服决定路面胶铺设时间朝。谣众遍鲜(6仔)营沪宁高速揭公路实施弯中，采用斗了各种有宏效减小总新沉降量，悬并使总沉摘降量消除引在施工期三内，取得岸了明显效企果。特别妻是通过施顽工沉