涂文靖，鄭明新，趙 升

(華東交通大學道橋與巖土研究所，江西南昌330013)

1 彭湖高速沿線地質(zhì)情況［1］

彭湖高速連接著江西省西北部彭澤與湖口兩縣，是江西省高速公路規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分，全長64.5 km。彭澤、湖口兩縣位于我國長江南岸，路線區(qū)地貌類型屬江河沖洪積平原和江南低丘崗地，沖溝發(fā)育。帶內(nèi)地表水系較發(fā)育，河流、溝溪、水庫、山塘眾多，其水系應屬長江的次級水系——太泊湖、芳湖水系為主。

沿線發(fā)育有崗地沖溝和水塘軟土，這些軟土多為湖泊、河流盆地原地表沖溝、溪汊淤積后造田掩埋而成，厚度一般小于3m，下伏土層厚實。沿線部分地區(qū)有湖泊河流相軟土存在，埋深大、厚度大。零星分布的水塘軟土約占線路總長的7%，部分地段較密集。湖泊河流相軟土共三處，沿線路走向長度分別約為1 000m、500m、400m。區(qū)內(nèi)軟土多呈軟塑～可塑狀，有機質(zhì)含量較高。

2 沉降監(jiān)測方案

2008～2010年華東交通大學巖土與道橋研究所對彭湖高速路基施工全過程進行了沉降觀測，取得了大量的一手資料。觀測斷面主要選擇在軟土路基路段、構造物與路堤銜接路段、高填方路段。觀測儀器主要采用了觀測樁、沉降板、電磁分層沉降儀，還特別引入了較為新式的智能式單點沉降儀［2］。

觀測樁埋設于已填筑完成的路基頂面，利用水準儀對觀測樁的標高變化進行觀測，所測得的沉降量包括已填筑完成的路堤本體以及路堤以下地基沉降量的總和。觀測樁還可以用來長期觀測路基體的工后沉降。

沉降板一般埋設于地基頂面，主要用于觀測路堤以下軟弱地基的沉降，由一根直徑20mm的鋼桿和600mm×600mm×9mm的沉降鋼板組成，直桿焊接在沉降板中心位置，并隨填土高度的增加而接長。通過觀測鋼管頂面標高的變化，得到地基的沉降量。

電磁分層沉降儀所用傳感器是根據(jù)電磁感應原理設計，將磁感應沉降環(huán)預先通過鉆孔方式埋入地下待測的各點位，當傳感器通過磁感應環(huán)時，產(chǎn)生電磁感應信號送至地面儀表顯示，同時發(fā)出聲光報警。讀取孔口標記點上對應鋼尺的刻度數(shù)值，即為沉降環(huán)的深度。每次測量值與前次測值相減即為該測點的沉降量。

智能型單點沉降計是由位移計、測桿、錨頭、沉降板組成。鉆孔后將單點沉降計埋入地基體內(nèi)，測桿需要完全穿越軟土層，將錨頭錨入軟土層下部硬層內(nèi)。測量錨頭與沉降板之間的相對位移變化，能夠較好的反映厚度在6m以內(nèi)軟土層的在附加應力作用下的壓縮變形量。

由以上四種觀測儀器組成的路基沉降觀測體系，能夠較完整的觀測到路堤在填筑施工中路堤本體各層填土，路堤以下地基，地基中的下覆軟土層以及工后沉降的全部沉降數(shù)據(jù)，對于進一步深入分析沉降規(guī)律提供了強有力的保證(圖1)。

圖1 沉降儀器橫斷面布置

3 沉降影響因素分析

3.1 池塘軟土的影響沉降分析

彭湖高速沿線零星分布有大量的池塘軟土，就單個池塘軟土點而言，其范圍和深度都不大，但就整個工程而言，往往在工期和成本的壓力下無法采取相應的軟基處理措施。所以，進一步研究其造成的路基沉降，具有巨大的實際意義。筆者選取K2+352及K2+800兩個典型斷面做對比分析(圖2、圖3)。

圖2 K2+352觀測點填土高度、沉降量－時間曲線

圖3 K2+800觀測點填土高度、沉降量－時間曲線

K2+352及K2+800兩個斷面距離較近，地質(zhì)條件基本相同，均為范圍基本相同的池塘軟土，下覆土層厚實。兩者的填料均為黏土，填土速率、壓實方案等施工條件類似，K2+352斷面填高近10m，K2+800斷面填高僅4m，但兩斷面的地基軟土的沉降量幾乎相等。據(jù)K2+352的分層觀測資料可知，在路基填筑到5m之后，上層的填土的沉降量明顯較少，但是下層填土的持續(xù)沉降量反而大于上層。據(jù)此分析可知路基填土在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了土拱現(xiàn)象，土拱維持了上層填土的穩(wěn)定，減小了地基軟土的附加應力。產(chǎn)生土拱現(xiàn)象的原因是池塘軟土在沿線路方向長度較小，填料為較密實的黏土。

3.2 填筑材料對沉降的影響

填筑材料的性質(zhì)對路堤沉降量有重要的影響。彭湖高速公路路堤填筑材料主要分為兩類，風化石和普通的黏土，為了分析不同填筑材料對路基沉降的影響，選擇K12+050、K41+200兩個典型斷面的沉降觀測數(shù)據(jù)進行對比分析(圖4、圖5)。

K12+050為填石地段、K41+200為填土地段，兩斷面的下覆軟土層厚度均為3m。從觀測資料可知，在施加荷載的初始階段，K12+050斷面下覆軟土產(chǎn)生了較大的瞬時沉降，并且由于填石的空隙率較大，排水條件良好，軟土地基能夠在較短的時間內(nèi)完成大部分固結沉降，沉降量逐漸趨于穩(wěn)定。K41+200的填料為密實的黏土，其排水條件較差，固結沉降要經(jīng)歷一個緩慢增長的過程。

3.3 填筑速率對沉降的影響

在路堤的填筑施工中由于工期、施工條件等多方面的原因，不同的路段往往采取不同的填筑速率。填筑速率對沉降的影響在觀測中也是顯而易見的。相關的有限元分析［3］也說明了這個問題?，F(xiàn)以位于路橋過渡段的K5+976、K5+970斷面與圖6的K12+050斷面的實測曲線為例進行闡述，兩處的地質(zhì)情況類似，表層0.5m素填土下均為3m軟土。

圖4 K12+050觀測點填土高度、沉降量－時間曲線

圖5 K41+200觀測點填土高度、沉降量－時間曲線

圖6 K5+970、K5+976觀測點填土高度、沉降量－時間曲線

從觀測圖可知，3月26日至4月4日的10天里填筑了10m，填筑速度為 1m/d，K5+976沉降量 50mm，平均5mm/d，K5+970沉降量 33mm，平均 3.3mm/d。而 K12+050斷面在2月27日至3月2日的5天里填筑了13m，平均速度2.6m/d，沉降量達到了80mm，平均速度16mm/d。由此可知，填土速率較大時路基的沉降會急劇增大。這種沉降量急劇增大的原因是由于軟土地基的強度較低，在不太大的荷載作用下土體就會屈服，產(chǎn)生較大的塑性剪切變形。然而，高速公路的路堤填筑都是分層填筑、分層壓實的。在這個過程當中，飽和軟黏土隨著孔隙水壓力的消散，地基便會產(chǎn)生排水固結，同時孔隙水壓力減小，而抗剪強度則會得到相應的提高，也就是利用前期荷載使地基固結，從而提高軟土的抗剪強度，即提高地基的承載力，以適應下一期荷載的施加。較低的填速使得下覆軟土層有足夠的時間來進行排水固結，如果填速過快，就會使得下覆軟土還未排水固結就承擔較大的荷載，這就使得地基土產(chǎn)生剪切破壞變形，從而造成較大的沉降量。

4 結論

在彭湖高速公路路基填筑中利用系統(tǒng)化的監(jiān)測手段對路基的沉降進行了全過程觀測，對所得的大量觀測數(shù)據(jù)進行分析的基礎上，本文總結了相關因素對彭湖高速路基沉降的影響。

(1)路基填筑過程中，填土可能在小范圍的池塘軟土上方形成土拱，從而降低了下覆軟土的實際承載量。

(2)填石路基比填土路基更有利于下覆軟土的排水，從而使得下覆軟土層更快的完成固結。

(3)過快的填筑速率容易使得軟土層中形成剪切變形，從而使得路基產(chǎn)生較大的下沉量。

［1］ 江西省交通設計院．彭澤至湖口高速公路工程地質(zhì)報告［R］．2008

［2］ 鄭明新，趙升．智能式沉降儀在路堤沉降監(jiān)測中的應用［J］．工程勘察，2009(9):62－64

［3］ 左威，涂文靖．填土速率對軟土路基變形的影響［J］．華東交通大學學報，2010(4)