張志冰

摘 要：軟基處理是公路工程路基處理的一大難題。在非洲熱帶雨林地區(qū)，軟土十分發(fā)育，且結(jié)構(gòu)特性明顯。本文通過以加蓬PO公路項目的勘察成果為例研究熱帶雨林區(qū)軟土的形成機制和軟土結(jié)構(gòu)性，采用分層總和法、雙曲線法和三點法等方法對處理后的軟基地基沉降曲線進行分析比較。利用軟土結(jié)構(gòu)性對地基沉降的影響，選擇合理軟基處理方案，為熱帶雨林區(qū)軟土處理提供了良好的工程經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：熱帶雨林;軟土結(jié)構(gòu)性;沉降計算;軟基處理

中圖分類號：U416? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）09-0114-03

1 引言

軟土作為一種土壤，其本身就具有一定的結(jié)構(gòu)性。大量的工程實踐證明，土壤的結(jié)構(gòu)性對于土體受力情況具有明顯的影響。在熱帶雨林地區(qū)，軟土的結(jié)構(gòu)性對于軟土的力學(xué)特性以及沉降特征產(chǎn)生較大的影響。

國內(nèi)許多學(xué)者對于軟土結(jié)構(gòu)性對地基沉降的影響進行了大量的分析和研究，王軍以溫州地區(qū)軟土為例對擾動軟土的沉降機理進行分析，并對沉降計算的試驗基礎(chǔ)和理論方法進行研究[1];賀成斌等引入分級加載思想和損傷比的概念，提出軟土結(jié)構(gòu)性非線性沉降計算的方法[2];劉維正等對長期交通荷載作用下研究軟土結(jié)構(gòu)性對于沉降特性的影響[3];以上均以我國國內(nèi)軟土進行分析研究，而對于熱帶雨林地區(qū)的軟土研究較少。本文主要以加蓬共和國PO公路項目為例，分析熱帶雨林區(qū)軟土的形成機制和結(jié)構(gòu)特性，并對軟基處理過程中軟土結(jié)構(gòu)性對沉降特性進行分析研究。

2 熱帶雨林區(qū)軟土結(jié)構(gòu)特性

2.1軟土形成機制

淺層軟土主要分布在熱帶雨林區(qū)和河口紅樹林區(qū)。旱季干燥少雨，大量植物根系和植物落葉等枯死腐爛，形成豐富有機物來源;雨季雨量充沛，植被更新速度快，有機物在平原區(qū)迅速堆積形成深厚的軟土層。形成的軟土主要為以植物纖維為基本構(gòu)架的泥炭或泥炭質(zhì)土。深層軟土形成時間相對淺表層軟土要更為久遠。由于項目區(qū)奧果韋河與海洋的共同作用導(dǎo)致地層反復(fù)交替，典型特征就是砂層和軟土層形成明顯互相現(xiàn)象。深層軟土在淺地表形成以后，由于這種地層反復(fù)交替的地質(zhì)作用，軟土層快速被上層土層覆蓋，軟土中的植物纖維未充分炭化或者分解。由于上覆巖土的壓力，對深層軟土形成壓縮固結(jié)作用，深層軟土主要已含大量植物纖維結(jié)構(gòu)的淤泥和淤泥質(zhì)土。

2.2軟土結(jié)構(gòu)特征

本項目區(qū)軟土的液性指數(shù)多大于 1.5，根據(jù)規(guī)范應(yīng)當(dāng)判定為流塑狀態(tài)。實際情況，原狀軟土以可塑狀態(tài)存在;根據(jù)現(xiàn)場勘察結(jié)果，該層軟土的標(biāo)貫擊數(shù)N63.5為5～7，可判定為可塑狀態(tài)，與現(xiàn)場實際觀察土樣狀態(tài)相符，表現(xiàn)出較好的物理力學(xué)特性。

在壓縮曲線試驗中，壓縮曲線上，可以看出土樣具有明顯的破壞極限，當(dāng)荷載大于該荷載極限時候，壓縮曲線 e-p曲線變現(xiàn)出突變，在壓力不增加的情況下變形明顯增加。如圖1所示。

通過單軸壓縮試驗試，分別對原狀土樣和重塑土樣進行單軸壓縮，從而可計算得到軟土的靈敏度，據(jù)此判定軟土結(jié)構(gòu)性的強弱。試驗結(jié)果表明該軟土為高靈敏度土壤，具有明顯的結(jié)構(gòu)性。詳見表1。

研究表明，軟土受到擾動后，其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，擾動重塑以后工程性質(zhì)發(fā)生較大改變。結(jié)構(gòu)性軟土壓縮指數(shù)隨擾動度增加而大幅度減少，結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力也隨著擾動度增加而減小，二者之間基本呈線性關(guān)系[4]。在實際工程應(yīng)用中，對于軟土處理后的沉降預(yù)測往往基于重塑土的試驗指標(biāo)，這樣計算結(jié)果會與實際地基的沉降有所差異，不利于公路工程軟基處理設(shè)計。

3 工程案例

PO公路項目PK49+600路段位于紅樹林區(qū)，區(qū)域內(nèi)軟土十分發(fā)育，發(fā)育厚度大。根據(jù)土工試驗的指標(biāo)判定結(jié)果，軟土最大埋深可達20米。經(jīng)過大量研究與謹(jǐn)慎設(shè)計，項目采用預(yù)制混凝土方樁的復(fù)合地基方式進行軟基處理。方樁尺寸為25cm*25cm，正方形布置，樁間距為1.6m。PK49+600鉆孔土層的基本物理力學(xué)指標(biāo)如表2所示。

3.1分層總和法沉降計算

地基沉降主要包括瞬時沉降量（Sd），主固結(jié)沉降（Sc）和次固結(jié)沉降（Ss）。分層總和法主要考慮了主固結(jié)沉降，而未考慮瞬時沉降和次固結(jié)沉降。通過大量的工程實踐，可根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件和施工情況對分層總和法得到主固結(jié)沉降進行一定的修正，從而可推算出最終地基沉降量。

軟土地基的主固結(jié)沉降量（Sc）：

將主固結(jié)沉降量（Sc）修正得到總沉降量S，如公式（2）所示：

式中，軟土地基可采用m=1.3～1.6。

根據(jù)公式（1），將PK49+600鉆孔各土層物理參數(shù)代入，得到主固結(jié)沉降量Sc=0.152m，本項目推薦修正系數(shù)m=1.5，代入公式（2）得到總沉降量S=0.228m。

3.2 利用實際監(jiān)測數(shù)據(jù)計算沉降

在PK49+600處分別在道路左邊坡坡腳，路基中線和右邊坡坡腳各設(shè)置了一個沉降觀測裝置。方樁于2016年12月16日施工完成，開始進行沉降觀測工作。觀測時間從2016年12月16日至2017年9月5日，共計9個月。沉降觀測數(shù)據(jù)如下圖所示：

利用實際的沉降曲線得到地基總沉降量的主要方法有雙曲線法、三點法、Asaoka法、星野法等。本文擬采用雙曲線法和三點法來進行總沉降量的計算。

3.2.1雙曲線法

本方法認(rèn)為地基沉降量與時間呈現(xiàn)雙曲線遞減的關(guān)系，在地基處理完成的任意時刻t所對應(yīng)的沉降量的關(guān)系式如下所示：

令y=（ t-t0）/（s-s0），x=t-t0，表達式可整理得到：y=βx+α。推算總沉降量的公式如下：

公式（4）

根據(jù)擬合曲線的結(jié)果，推測總沉降量結(jié)果如下：路基左側(cè)觀測點：S左=1/0.0237= 42.19 mm;路基中線觀測點：S中=1/0.0257=38.91mm;路基右側(cè)觀測點：S右=1/0.0282=35.46mm。因此，采用雙曲線法得到做最大路基總沉降量Smax=42.19mm。

3.2.2三點法

本方法主要采用恒載后，地基沉降隨時間趨于穩(wěn)定，取用任意三個時間點t1，t2，t3，要求兩時間點的間隔相同即t3-t2=t2-t1。由經(jīng)驗公式得到地基的總沉降量。

由表3可知，利用三點法得到最大路基總沉降量Smax=38.44mm。

3.3 成果應(yīng)用

PK49+600的土層按照土工試驗指標(biāo)定義，該處軟土發(fā)育深度可達20米。根據(jù)相關(guān)公路工程軟基處理規(guī)范要求，方樁需穿透最深的軟土層抵達下伏密實砂土層，則方樁設(shè)計長度至少20米。加蓬PO公路項目在設(shè)計過程中充分考慮了軟土的結(jié)構(gòu)性，方樁采用12米樁長，即將方樁的持力層選為結(jié)構(gòu)性強的淤泥質(zhì)土層。方樁施工完成以后，經(jīng)現(xiàn)場檢測，復(fù)合地基的承載力和沉降量控制均滿足規(guī)范要求，未經(jīng)擾動的淤泥質(zhì)土層表現(xiàn)出良好的承載能力。這種充分考慮軟土結(jié)構(gòu)的設(shè)計既滿足了工程的設(shè)計要求，也大幅度縮短了地基處理中方樁使用的長度，大幅度節(jié)省了工程造價，為熱帶雨林區(qū)結(jié)構(gòu)性軟土地基處理提供了良好的指導(dǎo)經(jīng)驗。

4 結(jié)論

（1）熱帶雨林區(qū)軟土的結(jié)構(gòu)性與其形成機制有關(guān)。

（2）熱帶雨林區(qū)軟土結(jié)構(gòu)性主要有三個表現(xiàn)：①野外土層狀體和原位試驗表現(xiàn)的力學(xué)性能優(yōu)于土工試驗判定標(biāo)準(zhǔn);②壓縮試驗中，荷載達到極限值后，土樣在壓力不增加的情況下變形明顯增加;③軟土土樣表現(xiàn)出高靈敏度。

（3）利用分層總和法，雙曲線法和三點法對PO公路項目方樁處理路基沉降進行分析計算，發(fā)現(xiàn)熱帶雨林區(qū)軟土結(jié)構(gòu)性對地基沉降的影響較大，在軟土結(jié)構(gòu)未受到嚴(yán)重破壞的情況下，軟土表現(xiàn)出良好的物理力學(xué)特性。

（4）通過正確認(rèn)識熱帶雨林區(qū)的軟土結(jié)構(gòu)性，選擇合適的軟基處理方式，可大幅度減少軟基處理工程費用，為熱帶雨林區(qū)公路軟基處理提供良好的工程經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]王軍，高立峰.擾動結(jié)構(gòu)性軟土的地基的沉降特性分析[J].巖土力學(xué)，2006，27（8）：1384-1388.

[2]賀成斌，趙明華，馬繽輝，陳秋南.考慮土體結(jié)構(gòu)性的軟土地基非線性沉降計算方法[J].建筑結(jié)構(gòu)， 2015， 45（14）：82-86.

[3] 劉維正，石志國，章定文，瞿帥.交通荷載作用下結(jié)構(gòu)性軟土地基長期沉降計算[J].東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，48（4）：726-735.

[4] 徐永福.土體受施工擾動影響程度的定量化識別[J].大壩觀測與土工測試，2000，24（2）：8-10.