高速公路软土路堤沉降速率控制标准研究

高速公路软土路堤沉降速率控制研究 高速公路软土路堤沉降速率控制标准研究 总第246期 2011年第3期 交通科技 TransportationScience&Technology Seria1No.246 No.3June.20ll 高速公路软土路堤沉降速率控制标准研究 张再武 (湖北省武英高速公路建设指挥部武汉430030) 摘要软土地基上高速公路工后沉降控制的效果对保证高速公路的使用质量和服务水平有着 重要的影响.根据实测沉降资料,对高速公路路堤填筑的沉降速率控制标准进行了研究,提出了 桥头和一般路段路面结构层的施工控制标准分别为0.3cm/~]和0.5cm/月.实践表明,该标准对 控制高速公路的工后沉降量有着理想的效果. 关键词高速公路工后沉降预测沉降速率软土地基 高速公路对地基要求甚高,在设计使用年限 内,一般规定路面的工后沉降量应小于30cm,桥 头路堤应小于10cm[1].高速公路平整度要求更 高,其标准差应在1.8mm以内,不应出现人工构 造物与路堤衔接处产生差异沉降,引起跳车及路 面的破坏.因此,必须对引起路面变形的工后沉 降量加以控制.为达到上述目的,应精确掌握最 终沉降量和求得路堤在不同加载强度地基的固结 度.然而在设计阶段,总沉降量及其工后沉降量 的大小是通过沉降固结计算求得的,估算结果是 否与今后实测值相符,涉及很多因素,如钻探取样 的数量和质量;土工试验技术和成果的分析整理; 计算参数的选取和估算方法;荷载强度和加荷速 率等.因此估算值与实测值之间往往有一定差 距,均需经过实体工程观测检验修正.若按估算 沉降规律机械地安排施工,其结果不是把路堤的 填筑和预压时间拖得很长,延误工期,就是在路基 尚未稳定就仓促铺设路面,引起运用期内路面发 生不均匀沉降.因此必须选择合适的控制方法来 决定路面的铺筑时间和合理的工后沉降的推算 方法. 沪宁高速公路延伸范围长,其中软基横贯苏 州,无锡,常州,丹阳4市,沿线大部分地基属长江 三角洲近代河相,海相沉积层,分布有大量淤泥质 粘土,地质情况复杂.沿线软土层厚薄不均,最厚 处大于301TI,一般6,15m.通过对沪宁高速公 路全线工后近7年沉降跟踪观测资料中的几个典 收稿日期I2011-02—05 型特征断面进行分析,对高速公路的工后沉降控 制标准问题进行了研究,同时为了准确推算工后 沉降量,对不同预测方法的适用性进行了分析. 1工后沉降控制标准的提出 确定高速公路的工后沉降即路面结构层施工 后的沉降,必须准确掌握"最终沉降量"和已发生 的沉降量.由于最终沉降量的估算值受地质,准 确地质参数的选取以及难以对土体的固结规律进 行准确推算等条件限制,使得其误差一般较大,因 此据此难以估算路面施工后的沉降量,而且包括 路面全荷载在内的沉降过程线要在路面铺筑完成 以后才能测出,因此难以在路面全荷载发生前准 确预估.为了在路面铺筑前对工后沉降量的大小 进行控制,提出采用以路面填筑前的沉降速率来 控制路面结构层的铺筑时间.特此选择了不同软 土特征断面和不同填筑高度的路段,用等载土模 拟路面荷载,实测其沉降过程线,并与一般堆载路 线规律对比.在分析了大量的现场实测沉降曲线 的基础上,推算出满足工后沉降时对应的沉降速 率值,将其作为施工控制条件.在考虑了荷载,地 质条件和处理方法的不同所带来的复杂影响后, 提出路床顶面按0.5cm/月,路面结构层各特征 层和桥头路段按0.3cm/月,超载下路床顶面按 0.8cm/月或0.6cm/月的沉降速率作为工后沉 降的控制标准. 上述控制标准的实质是用已发生并实测到的 沉降速率来判断路堤的稳定状况;控制路面铺筑 的时间,是保证路面完工后其工后沉降达到高速 84张再武:高速公路软土路堤沉降速率控制标准研究2011年第3期 公路质量标准.该法直观,简单易行,实践证明是 科学可行的判断方法. 2典型断面的工后沉降规律分析研究 为了进一步对沉降速率控制标准的准确性和 工后沉降推算方法的适用性进行验证,在全线选 择了几个典型的观测断面,对其工后沉降的变化 况,不同地基处理方法,不同的路床顶沉降速率 (O.1,1.7cm/月)及其对应的工后沉降量以及一 般路段和桥头的工后沉降变化规律.典型特征断 面的工后沉降变化情况见表l,表2.其沉降变化 规律曲线见图1.为了减小沉降的观测误差,采 用长时间序列的累计沉降进行分析,l999年l0 月以前的观测采用三等水准,误差在2mm左右. 规律进行了研究.典型断面涵盖了不同的地质情以后的观测采用二等水准观测. 表l沪宁高速公路A标典型断面工后沉降变化规律表 霉断面位置 注:*号的数值均为为根据前面的观测序列所推算的沉降值. 图1沪宁高速公路典型断面工后沉降变化规律 从表1,表2和图l中可以看出,对于软基 路段,当路床顶沉降速率控制在?0.5cm/月 (桥头?O.3cm/月)时,其工后沉降量均在10cm 以下,是满足要求的. 对于地质条件较好的非软土路段如K6+ 875,即使路床顶的沉降速率达到1cm/月,其工 后沉降同样也能满足高速公路工后沉降小于 30cm,工后15年推算沉降为l6.8cm;沉降速率 大于0.5cm/月的软土路段(K8+388为1.4 cm/月,K8+030为1.7cm/月),其工后沉降达到 了41.8cm和40.9cm,工后15年的推算沉降分 别为57.6和63.0,远远超过了工后沉降30cm 的要求,而且从最近的观测情况来看,其依然有继 续增大的趋势,收敛速度极慢,这一部分的沉降可 能主要由软土的次固结所引起,而其他断面沉降 现已基本稳定,可见采用较小的沉降速率控制,还 能起到减小次固结的作用. 次固结对于大多数土体来说,相对于主固结 是次要的,可以不予考虑,但对于塑性大的软弱 土,以及淤泥质土与有机土,或者对深厚的可压缩 性土层承受较小的压力增量比作用时,次固结占 总沉降中很可观的比例.从以上观测数据的分析 中可以看出,通过采用适当的地基处理方法改变 软土变形特性和控制填土后的沉降速率,能起到 2011年第3期张再武:高速公路软土路堤沉降速率控制标准研究85 减小或消除次固结的作用,保证其在使用期内的 沉降稳定性. 表中的沉降预测方法均按抛物线方法[2],从 推算值与实测值比较中可以看出,推算值与实测 值比较接近,其精度能满足高速公路的要求. 从上面的分析中可以看出,采用桥头0.3 cm/月和0.5cm/~q的沉降速率控制标准是能满 足高速公路工后沉降要求的.因此对于软土路段 的高速公路的填筑工程,控制好路面结构层施工 时路堤的沉降速率,是保证路堤沉降稳定的先决 条件. 3超载条件下软土路基沉降速率控制标准 通过现场超载20m,软土厚度为151TI的排 水固结法试验段的试验结果表明:卸载前的沉降 速率S.可由下式确定: So—S(f./c)(1) 式中:S为桥头部位等载预压沉降稳定标准值; c/c.为在超载预压全部有效荷载作用下,现场压 缩阶段曲线斜率与回弹曲线斜率之比. 经多项工程考验,/c取1.5,2.0是合适 的.前者适用于排水固结法处理的段落,后者适 用于经复合地基处理或不处理段落. 4沪宁高速公路工后沉降效果评价 沪宁高速公路工后沉降观测从1996年7月 开始,到2003年历时7年,其中积累了非常丰富 宝贵的沉降观测资料,工后沉降的观测统计可分 为前3年和后3年2个时间段,现以A标37.9 km的路段为例,将沉降速率和观测情况进行分 类统计分析.统计结果见表3,表4. 表3A标完建后第一个月(1996年9月)沉降速率统计 潞 /(cm 瓣 -)q 醐 - I)/ 默 (cm--专I备注现点数百分比?月)一 表4A标工后沉降速率及沉降增量区间统计 0.00,0.10 0.11,0.2O 0.21,0.30 0.31,0.40 0.41,0.50 O.51,0.60 0.00,4.OO 4.O1,8.00 8.01,12.0o l2.O1,16.00 16.O1,2O.00 20.O1,3O.OO 17487.8 1O5.1 84.0 63.0 从表3,表4中可以看出,采用0.3cm/月和 0.5cm/月的沉降速率控制标准,沪宁高速公路的 工后沉降量基本满足设计要求,使用状况良好,而 对于完工时沉降速率较大的点,其工后沉降量仍 较大. 在多条高速公路的建设中,如江苏宁静盐高 速公路,苏嘉杭高速公路,湖北荆东高速公路等, 均采用了上述标准进行控制,工程效果良好.从 以上分析可知,研究确定的工后沉降控制标准是 可行的,能满足高速公路的质量标准,但使用时应 结合实际工程的特点合理地选用. 5结语 (1)根据预压期填筑底基层的条件,路床顶 面按0.5cm/月,路面结构层各特征层和桥头路 段按0.3cm/月,超载工况卸载标准按0.8cm/月 或0.6cm/月的沉降速率进行控制,能起到控制 工后沉降的作用. (2)通过适当地基处理方法和控制路面铺筑 时的沉降速率,能起到减小软弱土层固结的作用, 加快路基沉降收敛速度. 参考文献 [1]JTJ017--960公路软土地基路堤设计与施工技术规 范Is].北京:人民交通出版社,1996. [2]许永明,徐泽中.一种预测路基工后沉降量的方法 [J].河海大学,2000,28(5)11l一113. 71516 ?????4563O 7?1 8O361 431 l 49458O963499 罟窨322?1加53l2