譚衛(wèi)佳 王海東 劉 勇

(1.南京市市政服務(wù)中心，江蘇 南京 210000；2.南京市市政工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇 南京 210000)

1 工程概況

南京市江北濱江大道工程位于梅子州汊道左岸寬廣的長江漫灘上，道路沿線分布著深厚的軟土地層，土體參數(shù)如表1所示。工程位置緊鄰長江，斷面呈梯形，兼做長江防洪堤壩，走向基本與長江平行，道路全長約3 km，按雙向四車道設(shè)計(jì)，路幅寬度42 m，設(shè)計(jì)速度40 km/h。由于工程地處南京市郊，工程周邊無路基填筑所需的大量土方，經(jīng)綜合考慮，決定采用吹填砂的方式進(jìn)行路堤填筑。先在軟土地基上進(jìn)行水泥土攪拌樁施工(C42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥)，后采用膜袋充填砂堆砌圍堰，再分層吹填砂碾壓施工至11.0 m高程，吹填砂總厚度約6 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的砂源調(diào)查和綜合比較，選取距離工程位置約40 km的馬鞍山長江粉細(xì)砂作為項(xiàng)目砂源，吹填砂指標(biāo)如表2所示。

本工程屬于典型的軟土地基深厚吹填砂路堤施工工程，確定出吹填砂施工參數(shù)的合理取值對(duì)于保證吹填砂安全、高質(zhì)、高效施工有著重要意義。為此，本文建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ停谠囼?yàn)室內(nèi)模擬了多工況下軟土地基道路路堤吹填砂施工過程，研究了碾壓路徑、靜置時(shí)間以及碾壓荷載等因素對(duì)深厚吹填砂道路路基樁土應(yīng)力、孔壓、排水固結(jié)以及沉降的影響，確定出軟土基吹填長江砂道路路基施工參數(shù)的合理取值，為實(shí)際施工提供參考。

2 模型試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)

表2 吹填砂物理力學(xué)參數(shù)

主要根據(jù)不同的碾壓路線、靜置時(shí)間、碾壓荷載的設(shè)置設(shè)計(jì)6個(gè)試驗(yàn)工況如表3所示，測(cè)試并分析它們對(duì)路基樁土應(yīng)力、孔壓、排水固結(jié)以及沉降的影響。

表3 室內(nèi)模型試驗(yàn)工況

2.2 試驗(yàn)比尺

考慮到本試驗(yàn)屬于探究性試驗(yàn)，數(shù)學(xué)模型方程未知，因此借鑒常規(guī)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南嗨瞥?shù)和相似關(guān)系。綜合各方面因素考慮，本試驗(yàn)幾何比尺λL=1/20。

試驗(yàn)用軟土及吹填砂采用與工程現(xiàn)場(chǎng)相同的材料，因而模型材料的彈性模量與原型一致。相應(yīng)的，試驗(yàn)所加荷載以及測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變位移只與幾何相似常數(shù)有關(guān)，其中，由于本試驗(yàn)不考慮自重對(duì)承載性能影響，質(zhì)量密度關(guān)系可不予考慮。

2.3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽缬?jì)算

道路尺寸巨大，但都是由相同的受力單元組成，影響模型尺寸的是實(shí)際工程中吹填砂的厚度。實(shí)際軟土基厚度考慮為10 000 mm，故模型軟土基厚度尺寸按幾何比尺縮放取500 mm。實(shí)際施工吹填砂厚6 000 mm，模型按比例取300 mm。實(shí)際工程中水泥土攪拌樁直徑600 mm，長度小于軟土基厚度設(shè)為9 000 mm；根據(jù)幾何比尺模型樁直徑應(yīng)取30 mm，長度取450 mm。按正三角形布置在模型箱內(nèi)，軸心間距為100 mm。模型箱尺寸考慮到軟土基、吹填砂以及富余尺寸，長取1.2 m，寬取1.1 m，高取1 m。

2.4 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)裝置主要由試驗(yàn)箱、測(cè)試系統(tǒng)以及加載工具三部分組成(見圖1)。試驗(yàn)箱為無蓋五面體，正面為透明有機(jī)玻璃，其余面為鋼板(見圖2)。測(cè)試系統(tǒng)由位移計(jì)、土壓計(jì)、孔壓計(jì)以及DH3816 靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

3.1 碾壓路線

3.1.1土壓力變化及分析

由圖3知，A區(qū)(由兩邊向中心碾壓)和B區(qū)(由中心向兩邊碾壓)土壓力均隨吹填砂厚度增加而逐漸增大。其中，第三層吹填施工前，A區(qū)，B區(qū)土壓力曲線基本重合；第三層施工后，A區(qū)土壓力逐漸超過B區(qū)，經(jīng)計(jì)算，第三層吹填后A區(qū)土壓力平均值是B區(qū)的1.132倍。

3.1.2孔壓力變化及分析

圖4顯示，A區(qū)、B區(qū)四個(gè)孔壓力計(jì)測(cè)值總體均遵循“每次吹填后，孔壓力先減少后增大，且上下波動(dòng)幅度逐漸減小”的變化規(guī)律。這主要由于每次吹填初期，砂子含水量大，排水速度較快，孔壓相應(yīng)減?。混o置一段時(shí)間后，孔壓逐漸穩(wěn)定；后碾壓產(chǎn)生的超靜孔壓力又會(huì)導(dǎo)致總孔隙水壓力值上升。其中，A區(qū)9075號(hào)孔壓計(jì)讀數(shù)前期雖有一定異常，但其后期變化速率和趨勢(shì)卻與9007號(hào)保持了高度一致，這可能是由于埋置儀器和吹填不均勻等因素造成的。

結(jié)合累計(jì)排水量，由中心向兩邊(排水溝所在邊側(cè))碾壓的方式，碾壓在擠密砂土的同時(shí)將水分向兩側(cè)推擠，更有利于水分的排出，第三層吹填之后B區(qū)排水量逐漸超過A區(qū)，孔壓消散較快，孔壓值小于A區(qū)，但每次碾壓后凈增加值A(chǔ)區(qū)，B區(qū)相差不大。因此，不同的碾壓路徑對(duì)孔壓力變化規(guī)律影響較小。

3.1.3沉降量對(duì)比分析

圖5表示，B區(qū)由中心向兩邊碾壓方式吹填砂層及軟土地基累計(jì)沉降值明顯大于A區(qū)由兩邊向中心碾壓相應(yīng)數(shù)值。

3.2 靜置時(shí)間

3.2.1土壓力變化及分析

由圖6可以看出，C區(qū)、D區(qū)4個(gè)土壓力計(jì)讀數(shù)總體趨勢(shì)相同，土壓力均隨著吹填層數(shù)增加而變大，數(shù)值上除D區(qū)12284可能由于圍堰和填砂厚度不均勻等因素而數(shù)值偏大外，其余曲線數(shù)值相差不大，將12283和12284數(shù)值取均值后與C區(qū)吻合較好。這說明，靜置時(shí)間長短對(duì)土壓力的影響較小。

3.2.2孔壓力變化及分析

由圖7可知，不同靜置時(shí)間孔壓力變化總體趨勢(shì)均為波動(dòng)下降?？讐河?jì)9007和9063均位于模型箱內(nèi)側(cè)，排水略不暢，第一層吹填初期孔壓力讀數(shù)波動(dòng)增大；孔壓計(jì)9075和9063位于模型箱外側(cè)靠近排水口，利于孔隙水的降排，排水初期孔壓力下降明顯；每次碾壓施工也會(huì)導(dǎo)致超靜孔壓力產(chǎn)生，相應(yīng)總的孔壓力會(huì)有所波動(dòng)上升。

3.2.3沉降量對(duì)比分析

由圖8可知，吹填后靜置時(shí)間對(duì)吹填砂及軟土地基的累計(jì)沉降影響較小，C區(qū)靜置24 h累計(jì)沉降值較D區(qū)靜置12 h僅高2 mm～3 mm。

4 結(jié)論

采用室內(nèi)模型對(duì)江北濱江大道吹填工程進(jìn)行了多工況的試驗(yàn)研究，研究了碾壓路徑、靜置時(shí)間以及碾壓荷載等因素對(duì)深厚吹填砂道路路基樁土應(yīng)力、孔壓、排水固結(jié)以及沉降的影響，確定出軟土地基吹填長江砂道路路堤的合理施工參數(shù)，主要結(jié)論如下：

1)靜置時(shí)間對(duì)沉降量和地基應(yīng)力影響較小，應(yīng)科學(xué)選擇靜置時(shí)間，可以縮短施工周期、節(jié)約施工費(fèi)用。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，建議在吹填砂上可以行走機(jī)械且地表無水分時(shí)，即可開始碾壓。

綜上，吹填后靜置時(shí)間對(duì)吹填砂沉降固結(jié)影響作用較小，根據(jù)工程施工實(shí)際，科學(xué)選擇靜置時(shí)間，既能保證工程質(zhì)量，又有利于縮短工期。

2)建議在實(shí)際施工過程中，可以優(yōu)先選擇由外向內(nèi)的碾壓路線。綜上，由中心向兩邊碾壓路線要優(yōu)于由中心向兩邊碾壓，更加利于土體中孔隙水的排出和土體的固結(jié)。