■曾蓉琴

（莆田市交通投資集團(tuán)有限公司， 莆田 351100）

軟弱土地基在我國分布廣泛， 常見于沿海、沿江、內(nèi)陸湖泊、西南山區(qū)等地，在此類地基上開展工程建設(shè)，如地基處理不當(dāng)或沉降預(yù)測不準(zhǔn)確，將會(huì)引發(fā)較為嚴(yán)重的工程事故。20 世紀(jì)80 年代初，我國結(jié)合大部分省份對軟基情況及處治的相關(guān)研究，形成了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JTG/T D31-02-2013 《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》[1]，隨后就海相、湖泊相沉積的處治方法[2-3]，對軟基的沉降和穩(wěn)定計(jì)算、沉降規(guī)律、沉降的監(jiān)測控制進(jìn)行了相關(guān)探討，提出了施工期軟基沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測的監(jiān)測方法和監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。以上標(biāo)準(zhǔn)在保證工程施工安全的前提下，能夠較為準(zhǔn)確地估算工后沉降。 此外，國內(nèi)研究針對公路延伸距離很長的帶狀構(gòu)筑物的特點(diǎn)，還形成了排水預(yù)壓法、粉體攪拌樁深層處理法等軟基處理方法[4-7]，在大多數(shù)的工況下能夠很好地保證高速公路對地基變形量的高要求。 但基于沉降監(jiān)測的高速公路施工優(yōu)化設(shè)計(jì)尚屬空白。 且現(xiàn)行規(guī)范所提出的控制標(biāo)準(zhǔn)主要以沿海地區(qū)的軟基情況為依據(jù)[8]，對于山區(qū)溝谷相軟基的規(guī)范尤為鮮見。 綜上所述，本研究以西南地區(qū)某高速公路K0～K7 段為研究對象， 結(jié)合工程資料和調(diào)研數(shù)據(jù)，對研究區(qū)山區(qū)溝谷相軟基進(jìn)行工程類別劃分， 結(jié)合長階段的原位沉降監(jiān)測結(jié)果，探討不同軟基類型在路堤施工過程中的沉降規(guī)律，分析沉降量與填土高度、軟基厚度間的關(guān)系。 該研究成果可以為西南地區(qū)與尤其是成渝都市圈修筑高速公路時(shí)路基沉降控制提供相應(yīng)的參考。

1 研究區(qū)軟土地基工程特性

成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈某高速公路全長約200 km，路面寬度24 m，雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速120 km/h，坡比為1∶1.5。沿線軟基發(fā)育百余處，均為山間溝谷型，其上路堤填筑超15 m 的段落有20 處。 軟土地層組成從上到下為第四系全新統(tǒng)填土和沼澤沉積層（Q4m）， 可細(xì)分為高液限粘土和低液限粘土組成，層厚一般3～8 m，局部最厚達(dá)15 m，在山谷之間間隔呈串珠狀分布，發(fā)育狀態(tài)不規(guī)則，多以波狀為主（圖1）。

圖1 場地地層剖面圖

研究區(qū)軟土具有與沿海軟土相似的工程地質(zhì)特性。 但因?yàn)槲髂系貐^(qū)軟土炭質(zhì)較少，其化學(xué)成分和礦物組成存在地域區(qū)域性，其物理力學(xué)特性有其自身的獨(dú)特性。 如表1 所示，區(qū)域內(nèi)軟土密度均較低，孔隙比、壓縮系數(shù)、液限較高，抗剪強(qiáng)度較低，但由于埋深及成因差別，其變化范圍較大。

表1 研究區(qū)軟土物理力學(xué)參數(shù)

2 研究區(qū)軟基分類

影響軟土地基施工沉降的因素較多， 對于本研究區(qū)而言，主要因素為軟土深度、回填高度及軟基加固方法，因此從這3 個(gè)方面對K0～K7 段軟土地基進(jìn)行分類（表2）。（1）第一類軟基（軟基厚度1～3 m）（圖2a），主要以換填為主（圖3a），位于山間溝谷地區(qū)，該類軟土一般順溝發(fā)育，平面上呈互不相通，長度一般在150～200 m，厚薄不均，從坡腳處往溝谷中間逐漸過渡加厚。 （2）第二類軟基（軟基厚度6～9 m）（圖2b），主要以塑料排水板處理方式為主（圖3b），處理間距在1～1.5 m，處理深度以超過軟土層厚度為標(biāo)準(zhǔn)。 該類軟基位于沖溝中地勢低洼處，平面上呈互不相通，長度一般為250～300 m， 一般從自地勢低洼處向山坡腳逐漸變薄， 厚度或埋深與下伏基巖面起伏及埋深密切相關(guān)。（3）第三類軟基（軟基厚度9～12 m）（圖2c），主要以碎石樁處理方式為主（圖3c），正三角型布設(shè)（間距1.2～1.5 m），樁長穿越軟土地層深度并進(jìn)入硬土層或巖層0.5～1.0 m，發(fā)育于山間洼地區(qū)域，分布形狀似“雞爪狀”或“掌心狀”。

圖2 三類軟基形態(tài)分布

圖3 軟土地基典型斷面處理方式

3 沉降變形特征分析

3.1 變形監(jiān)測方案

在路堤兩側(cè)路肩和路中位置分別埋設(shè)沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行人為觀測，沉降觀測以沉降觀測板為主，沉降觀測板尺寸為0.5 m×0.5 m×0.03 m 的鋼板，鋼測管直徑為4 cm， 觀測儀器為精度2 mm+2 Ppm 的TopconGTS311 型全站儀。 填筑初期沉降板固定于軟基表面（圖4），隨后測管隨路堤增高而接長。

3.2 軟基斷面變形特征

3.2.1 第一類軟基斷面變形特征

以K0+040 斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，繪制施工階段路中沉降速率-時(shí)間、累計(jì)沉降量-時(shí)間的關(guān)系曲線（圖5a）。由圖5a 可知，在路堤填筑初期， 軟基沉降與路堤填高呈正比例增大的關(guān)系，近似呈現(xiàn)線性變形的特點(diǎn)，沉降速率在施工前3 個(gè)月始終保持在2～3 mm/d，這主要是因?yàn)閾Q填處置后片石未經(jīng)壓密且殘留厚度不同的軟基。 在此之后，沉降變化趨于平緩，沉降速率亦在逐漸變小。 對于此類軟基而言，其施工期整體沉降變形量不大，在80～120 mm 之間（其他斷面變形結(jié)果見表2），一方面是因?yàn)榇祟愜浲恋鼗陨砗穸容^?。?～3 m），而且換填的處理方式是將軟弱土層全部挖除換成片石， 地基承載力及抵抗變形的能力明顯提高。

3.2.2 第二類軟基斷面變形特征

以K0+460 斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析， 繪制施工階段路中沉降速率-時(shí)間、累計(jì)沉降量-時(shí)間的關(guān)系曲線（圖5b）。由圖5b 可知，施工初始階段軟土地基的沉降隨著路堤填筑高度的增大瞬間增大，后非線性增大，沉降速率在施工前3 個(gè)月始終保持在3～5 mm/d，累計(jì)沉降在60～80 mm 之間，曲線表明總沉降與沉降速率和填筑時(shí)間、填筑高度是正比例增大關(guān)系。 軟基經(jīng)過塑料排水板處理后，土中孔隙水壓力會(huì)隨著填筑荷載的增加而逐漸消散，從而引起軟基變形， 但是因?yàn)榭紫端畨毫ο⒌臏笮?，使得該種方式處理后的軟基在施工期的沉降相對較小，主固結(jié)主要發(fā)生在工后，當(dāng)孔隙水壓力轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?yīng)力時(shí)，沉降速率逐漸變小。

3.2.3 第三類軟基斷面變形特征

以K5+380 斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析， 繪制施工階段路中沉降速率-時(shí)間、累計(jì)沉降量-時(shí)間的關(guān)系曲線（圖5c）。由圖5c 可知，此類軟基斷面累計(jì)沉降量在30～60 mm 之間， 總沉降與沉降速率和填筑時(shí)間、填筑高度亦是正比例增大關(guān)系。 在施工初始階段， 軟土地基隨著施工填土而不斷地沉降，特別是在施工前1 個(gè)月，沉降速率1.5～2 mm/d，在此之后變?yōu)?.5～1 mm/d，主要是因?yàn)樗槭瘶短幚砗筌浲恋鼗陨韽?qiáng)度增大的同時(shí)也增加了孔隙水壓力消散的通道，使得其在施工階段即能達(dá)到總沉降的70%～80%，并因?yàn)榈鼗休d力增加能夠顯著降低累計(jì)沉降量。

圖5 典型斷面監(jiān)測曲線

3.3 主要影響因素與沉降的關(guān)系

結(jié)合表2 中11 處典型斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)以及K0～K7 段其他30 個(gè)斷面的監(jiān)測變形量進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)軟基厚度、填筑高度與沉降的關(guān)系，如圖6、7 所示。 由圖6 可知， 軟土地基處理方式不同沉降量亦不相同，路堤下軟弱土層厚度越厚，荷載傳遞后壓縮層厚度就越深，沉降量大體上是隨著軟基厚度增大而增大。 由圖7 可知，軟土厚度、填筑高度均與軟基沉降呈正比，同時(shí)也由于受到側(cè)向變形、路基寬度等因素的影響，并不呈現(xiàn)出線性增長的趨勢。

圖6 軟基厚度與沉降的關(guān)系

圖7 填筑高度與沉降的關(guān)系

總體而言：（1）換填的處理方式是將軟弱土層全部挖除換填，地基承載力及抵抗變形的能力明顯提高，沉降量僅發(fā)生在填筑初期且在施工期即已完成全部沉降量，沉降量大小與回填密實(shí)度和殘留軟基厚度有關(guān)；（2）塑料排水板處理后軟土地基在遭受路堤等上部荷重后， 孔隙水壓力消散存在滯后性，使得該種方式處理后的軟基在施工期的沉降相對較小，主固結(jié)主要發(fā)生在工后；（3）碎石樁處理后軟土地基自身強(qiáng)度增大的同時(shí)也增加了孔隙水壓力消散的通道，使得其在施工階段即能達(dá)到總沉降的70%～80%， 并因?yàn)榈鼗休d力增加能夠顯著降低累計(jì)沉降量。

4 結(jié)論

目前西南地區(qū)基礎(chǔ)工程大量興建，對于高速公路穿越山區(qū)溝谷相軟基引發(fā)的路基沉降變形這一方面研究涉及較少。 本研究以西南地區(qū)某高速公路K0～K7 段為例，通過線路穿越段軟基的工程地質(zhì)特征及工程施工特點(diǎn)對軟基斷面進(jìn)行分類，并結(jié)合路堤填筑過程中地基沉降監(jiān)測結(jié)果，探討不同軟基類型在路堤施工過程中的沉降規(guī)律。 研究結(jié)果表明：（1）根據(jù)研究區(qū)軟土地基厚度、路堤填筑高度及軟基加固方法，可將線路穿越段軟基分為3 類；（2）第一類軟基厚度為1～3 m，以換填為主，累計(jì)沉降在80～120 mm 之間；第二類軟基厚度為6～9 m，以塑料排水板處理方式為主， 累計(jì)沉降在60～80 mm 之間；第三類軟基厚度為9～12 m，以碎石樁處理方式為主，累計(jì)沉降在30～60 mm 之間；（3）同一大類軟基總沉降量和沉降速率差異不大，從沉降速率曲線上看， 總體表現(xiàn)為施工期前1～3 個(gè)月大于施工后期；（4）軟基厚度、填筑高度不同沉降量亦不相同，沉降量大體上是隨著軟基厚度增大、填筑高度增大而增大。 但不同處理方式的處理效果不同，導(dǎo)致最終沉降量及沉降發(fā)生階段也有所不同。 總體而言，在施工前期特別要控制填筑速率，以便維持軟基的穩(wěn)定。