摘要 某公路工程遭遇灘涂軟土，為保證路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和路面服役耐久性，擬采用5級(jí)路堤填筑方案控制路基沉降?；诖?，該文章以現(xiàn)場沉降觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合雙曲線沉降預(yù)測法，建立了路基沉降擬合曲線，預(yù)測了各級(jí)路堤的沉降及側(cè)向位移發(fā)展趨勢，確定了每級(jí)填筑沉降期的最佳時(shí)長，通過理論指導(dǎo)路基填筑施工，有效保證了各級(jí)軟土路堤的固結(jié)性，旨在為同類工程施工提供有益參考。

關(guān)鍵詞 公路工程；分級(jí)填筑路堤；雙曲線沉降預(yù)測法；沉降期

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）18-0095-03

0 引言

公路工程建設(shè)階段，軟土路基沉降控制質(zhì)量是影響公路工程施工整體質(zhì)量的核心因素，故路基填筑施工多采用分級(jí)填筑的施工方法。軟土路基分級(jí)填筑施工過程中，常采用現(xiàn)場監(jiān)測的方法得到路基沉降數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)建立路基沉降的擬合曲線，用于預(yù)測各級(jí)填筑路基的地基沉降期，保證各級(jí)路基的固結(jié)性?；诖耍撐倪\(yùn)用雙曲線沉降預(yù)測法，對(duì)某公路工程軟土路基填筑沉降期進(jìn)行計(jì)算，用以指導(dǎo)路堤填筑施工，對(duì)提升軟土路基施工質(zhì)量具有重要意義。

1 雙曲線沉降預(yù)測法及沉降期求解理論

基于實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，運(yùn)用雙曲線預(yù)測法建立的路基沉降預(yù)測擬合曲線，見圖1所示。其中AB段代表軟土路基路堤填筑施工階段，隨著路堤填筑的進(jìn)行，地基荷載持續(xù)增大，路基沉降較快，且沉降值變化幅度較大。B點(diǎn)為路堤填筑施工分割點(diǎn)，此后路堤填筑施工完成，地基上部荷載不再增加，故此可用B點(diǎn)之后的曲線預(yù)測路基沉降趨勢，符合公式（1）的雙曲線形式。

圖1 填筑路堤時(shí)地基沉降數(shù)據(jù)擬合

S=S+（t?t）/[α+β（t?t）] （1）

式中：S——初始沉降值（mm），即填筑施工結(jié)束時(shí)觀測到的實(shí)際監(jiān)測沉降值；S——路基在t時(shí)刻發(fā)生的沉降值（mm）；t——起點(diǎn)時(shí)間，即路堤填筑施工完成時(shí)間（d）；α、β為路基沉降監(jiān)測值通過曲線回歸計(jì)算所得的系數(shù)。

在實(shí)際施工階段，系數(shù)α、β通常采用沉降初期的沉降數(shù)據(jù)計(jì)算，如圖2中BC段。對(duì)公式（1）進(jìn)行等價(jià)變換，得到公式（2）：

（t?t）/（S?S）=α+β（t?t） （2）

式中（t?t）/（S?S）、（t?t）均為已知量，即數(shù)據(jù)均可直接代入實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)得出，僅α、β為未知量。將BC段路基沉降數(shù)據(jù)代入式（2）可得到一條回歸直線，其截距即為α，斜率即為β，如圖2所示。將所求的α、β代入式（1），所得的公式即為雙曲線沉降預(yù)測公式。路基完全固結(jié)后，S——累積沉降（mm），可由式（3）計(jì)算：

S=S+1/β （3）

在路堤荷載作用下，路堤中心地基上表面部位，地基出現(xiàn)最大沉降，故對(duì)地基進(jìn)行沉降預(yù)測時(shí)，應(yīng)以該處沉降位移監(jiān)測值擬合沉降預(yù)測曲線，并計(jì)算地基沉降期。當(dāng)?shù)鼗两盗窟_(dá)到累積總沉降的95%時(shí)，地基沉降區(qū)域穩(wěn)定，故以路基沉降95%時(shí)的沉降量值為標(biāo)準(zhǔn)沉降量Sm，見式（4），地基達(dá)到該沉降量的時(shí)間定義為標(biāo)準(zhǔn)沉降時(shí)間，記為tm。

S=S×95% （4）

路堤沉降期計(jì)算流程如下：1）根據(jù)監(jiān)測場地實(shí)際條件，選擇10個(gè)沉降觀測點(diǎn)，將各觀測點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)YQyphomHbHizTFd7JWTkhi3PKEN4+6rR8xI21hiU74Y=代入公式（2），得到一條回歸直線，計(jì)算α、β，若α、β均大于0.97，則進(jìn)行下一步計(jì)算，否則應(yīng)增加數(shù)據(jù)點(diǎn)；2）將前一步驟計(jì)算得到的β代入式（3），算得累積沉降S，再將S代入式（4），算得標(biāo)準(zhǔn)沉降量Sm；3）將α、β代入式（1），再代入前一步驟計(jì)算所得的S，即可算得標(biāo)準(zhǔn)沉降時(shí)間tm。

根據(jù)上述定義，tm為理論沉降穩(wěn)定時(shí)間，其結(jié)果的可靠性，可根據(jù)下述標(biāo)準(zhǔn)綜合判定：

（1）基于實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，架設(shè)tm時(shí)刻對(duì)應(yīng)的實(shí)際沉降值為S，則必須滿足S>Sm；

（2）地基側(cè)向位移變化隨地基深度變化趨勢，必須呈先增后減的變化趨勢，且其位移最大值發(fā)生于坡腳某深度位置處，其t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的最大位移為B，必須滿足B≤5 mm/d。

若上述兩條件可同時(shí)滿足，則認(rèn)為所得tm結(jié)果可靠，該級(jí)路堤已固結(jié)穩(wěn)定，可開展后續(xù)路堤施工；反之，則繼續(xù)等待ta d，待S>Sm且B≤5 mm/d，則沉降期截止時(shí)間為（t+t） d。

2 分級(jí)填筑路堤控制流程

路堤分階填筑施工流程如圖3所示。

3 工程應(yīng)用

某公路為東南某沿海省份市際高速，沿線穿越灘涂軟土，地質(zhì)勘測報(bào)告顯示，該路段軟質(zhì)土層最大厚度為23.5 m，土層分布上部為淤泥、粉質(zhì)黏土，下伏中風(fēng)化砂巖。地基軟土采用排水固結(jié)法進(jìn)行排水加固，路堤設(shè)計(jì)標(biāo)高為6.6 m，分5級(jí)填筑。

3.1 現(xiàn)場監(jiān)測布置

現(xiàn)場分別采用沉降管和水平測斜儀監(jiān)測地基沉降和側(cè)向變形位移，監(jiān)測布置見圖4所示。

3.2 各級(jí)填筑沉降期計(jì)算

3.2.1 第一次填筑

案例工程軟基首階路堤填筑厚度為0.8 m，路堤填筑施工階段及填筑后地基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5（a）所示。結(jié)合圖5及上述分析可知，第一級(jí)路堤填筑后地基沉降起始時(shí)間t0=4 d，該時(shí)間段對(duì)應(yīng)的地基初始沉降量為S=136.26 mm，將1C-1D數(shù)據(jù)代入式（2），得到圖5（b），可算得該路堤填筑階段對(duì)應(yīng)的α=0.110 2，β=0.018。

將數(shù)據(jù)依次代入式（3）、（4），可算得S=191.82 mm、S=182.22 mm，將結(jié)果代入式（1），可算得第一級(jí)路堤填筑對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)沉降時(shí)間t=33 d，該時(shí)間對(duì)應(yīng)的地基實(shí)際沉降值為S=184.34 mm>Sm。

由圖5（c）可知，第一級(jí)路堤填筑后，地表下9.5 m出現(xiàn)最大側(cè)向位移，t對(duì)應(yīng)的坡腳位移速度為B=0.9 mm/d≤5 mm/d。

由以上分析可知，t=33 d時(shí)，對(duì)應(yīng)的S=184.34 mm>S且Bi=0.9 mm/d≤5 mm/d，可知第一級(jí)路堤填筑33 d后，地基已充分固結(jié)，可繼續(xù)下一級(jí)路堤施工，其沉降期為33 d。

3.2.2 第二次至第五次填筑

第二級(jí)路堤填筑厚度為1.35 m，其施工節(jié)段為35～45 d，路基沉降及側(cè)向位移數(shù)據(jù)采集時(shí)間節(jié)段為46～55 d，對(duì)應(yīng)的S=435.5 mm，t=46 d。將第二級(jí)路堤填后地基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)代入式（2），算得α=0.263 8，β=0.014 1。將數(shù)據(jù)依次代入式（3）、（4），可算得第二級(jí)路堤填筑后地基最終沉降量和標(biāo)準(zhǔn)沉降分別為S=506.42 mm、S=481.1 mm，將結(jié)果代入式（1），可算得該級(jí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)沉降時(shí)間為t=80 d，該時(shí)間對(duì)應(yīng)的沉降量監(jiān)測值為S=486.74 mm>S=481.1 mm，對(duì)應(yīng)的路堤坡腳最大側(cè)向位移B=1.2 mm/d≤5 mm/d，故該級(jí)路堤沉降期為46～80 d。第81 d路基已基本固結(jié)，可開展下一級(jí)路堤施工。

第三級(jí)路堤填筑厚度為1.25 m，其施工節(jié)段為81～110 d，路基沉降及側(cè)向位移數(shù)據(jù)采集時(shí)間節(jié)段為111～121 d，對(duì)應(yīng)的S=636.2 mm，t=111 d。將三級(jí)路堤填筑后地基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)代入式（2），算得α=0.650 2，β=0.017 6。將數(shù)據(jù)依次代入式（3）、（4），可算得第二級(jí)路堤填筑后地基最終沉降量和標(biāo)準(zhǔn)沉降分別為S=690.82 mm、S=656.28 mm，將結(jié)果代入式（1），可算得該級(jí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)沉降時(shí)間為t=131 d，該時(shí)間對(duì)應(yīng)的沉降量監(jiān)測值為S=659.64 mm>S=656.28 mm，對(duì)應(yīng)的路堤坡腳最大側(cè)向位移B=3.2 mm/d≤5m m/d，故該級(jí)路堤沉降期為111～131 d。第132 d路基已基本固結(jié)，可開展下一級(jí)路堤施工。

第四級(jí)路堤填筑厚度為1.8 m，其施工節(jié)段為132～163 d，路基沉降及側(cè)向位移數(shù)據(jù)采集時(shí)間節(jié)段為164～173 d，對(duì)應(yīng)的S0=867.9 mm，t0=164 d；可算得α=0.695 1，β=0.012 5；Sf=943.11 mm，Sm=895.95 mm，tm=193 d，該時(shí)間對(duì)應(yīng)的Sm1=896.15 mm>Sm=895.95 mm，Bi=3.8 mm/d≤5 mm/d，故該級(jí)路堤沉降期為164～193 d。第132 d路基已基本固結(jié)，可開展下一級(jí)路堤施工。

第五級(jí)路堤填筑厚度為1.4 m，其施工節(jié)段為194～206 d，路基沉降及側(cè)向位移數(shù)據(jù)采集時(shí)間節(jié)段為207～213 d，對(duì)應(yīng)的S=1 017.1 mm，t=207 d；可算得α=0.439 6，β=0.015 9；S=1 077.72 mm，S=1 023.83 mm，t=306 d，該時(shí)間對(duì)應(yīng)的S=1 028.29 mm>S=1 023.83 mm，故該級(jí)路堤沉降期為207～306 d。第306 d時(shí)，路基填筑施工全部完工且已充分固結(jié)，可進(jìn)行下一道工序施工。5級(jí)路堤填筑對(duì)應(yīng)的各級(jí)填高-沉降-時(shí)間圖如圖6所示。

4 結(jié)語

綜上所述，該文以實(shí)體工程為依托，運(yùn)用實(shí)地監(jiān)測結(jié)合雙曲線沉降預(yù)測法，確定了該工程5級(jí)路堤填筑施工階段每級(jí)填筑路堤的最優(yōu)沉降期，有效保證了路堤施工質(zhì)量。雙曲線沉降預(yù)測法以標(biāo)準(zhǔn)沉降時(shí)間對(duì)應(yīng)地基地表最大沉降位移和坡腳最大側(cè)向位移為控制變量，克服了以往地基沉降預(yù)測方法的不足，提升了各級(jí)填筑路堤的穩(wěn)定性和固結(jié)性，為后續(xù)道路服役耐久性奠定了良好的基礎(chǔ)。

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