市政道路工程中软土地基沉降处理的设计分析

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　　 【摘要】本文探讨了市政道路的软度地基勘查、软基处理方法与条件、软基路堤的沉降动态控制方法以及市政道路软基的设计与计算等问题，按照实际的工程资料提出了合理的控制沉降标准。
　　 【关键词】市政道路工程；软土地基；沉降处理；设计
　　
　　 1 市政道路软度地基勘查
　　 虽然软土地基处理是以工程地质勘察报告所总结的按标段的分层试验成果统计表和土工试验成果总表作为设计依据的，但是对天然地基土来说，就算是来自同一分层土的取样，其试验指标也通常存在很大的差异，这种情况不可全部归因于试验误差，这是反映了各个土样自身性质的差异。经过多个市政道路工程的实践表明，在对全标段沉降进行计算时，这种代表性压缩曲线或分层统计指标的实测成果和计算结果存在的差别较大，甚至在很大程度上失真。选用合理的勘探思路特别重要，这样可以使因土体性质差异导致的计算偏差减少。
　　 实践中可以结合技术孔，使用较多的鉴别孔进行勘察，采用具有良好性能、操作简单的鉴别孔对全线的软土层尤其是变化复杂的土层地段进行具体划分，选用静力触探或十字板等试验对软土层的范围及深度进行确定，将某项土性的参数测定好。而控制断面的原状取土孔则采用技术孔，利用各项土工试验把各土层的物理力学特性掌握清楚，从而确定基础的设计参数。应在土层变化复杂的地段或构造物（通道、涵、桥）选取技术孔的位置。
　　 2 软基处理方法与条件
　　 常用的市政道路软基处理方法包括水泥搅拌桩、堆载预压法、抛石挤淤法及换填法。通常是按照软土的厚度采用不同的方法：
　　 2.1 水泥搅拌桩或堆载预压法的使用条件：软土的厚度大于4.0m。复合水泥搅拌桩地基处理的造价较高但工期短；堆载预压法的造价经济但工期长。一般使用水泥搅拌桩对桥头过渡段进行处理，使用排水固结堆载预压法进行大范围的深厚软土处理。
　　 2.2 抛石挤淤法的使用条件：软土厚度的在2.0-4.0m之间。应在抛填片石时挖除隆起的淤泥，完成抛填后使用重型振动压路机碾压。
　　 2.3 换填法的使用条件：软土的厚度小于2.0m。挖除全部软土，对路基土分层进行碾压填筑直到交工面。使用开山石作为处在地下水位之下的填料。
　　 3 市政道路软基的设计与计算
　　 3.1 设计堆载预压
　　 堆载预压分为超载预压和等载预压。当预压荷载超出将来的永久使用荷载时就为超载预压，当等于将来的永久使用荷载时就为等载预压。相比等载预压而言，超载条件下实现相同沉降量的预压时间要短，可以在很大程度上将工期缩短，所以，设计预压力时往往会使用一定比例的超载。
　　 3.2 设计排水系统和竖向排水体
　　 堆载预压排水固结法的排水系统的构成成分包括：集水井、碎石盲沟、砂垫层和竖向排水体。竖向排水体是为了将排水距离缩短，使土层固结加速，它是由人工设置的排水通道。普通砂井，袋装砂井，塑料排水板等是竖向排水体形式所经历的一些发展阶段。当无法对塑料排水板进行施工时才采纳袋装砂井，例如施工场地上方有架空高压线。塑料排水板内部是聚丙烯或聚乙烯加工成的多孔道板带，外包土工织物滤套，具有渗透和隔离土颗粒的功能。在软土地基中水平方向设置排水通道，竖向设置塑料排水板，再分级在地面堆载预压，排出土体中的孔隙水，使地基沉降，逐渐使地基土固结，从而提高地基的稳定性和承载力。
　　 3.3 固结沉降计算
　　 3.3.1 沉降计算可分为次固结沉降、固结沉降和瞬时沉降：
　　 （1）
　　 式中，Sa、Sc、Sd、S分别是次固结沉降、固结沉降、瞬时沉降和总沉降。主要在淤泥层存在次固结沉降，它可以根据土层厚度、道路使用时间、主固结完成时间和土层的次固结系数进行计算：
　　 （2）
　　 式中，t0 是完成主固结的时间，t1 是道路使用时间，e是孔隙比，h是淤泥层的厚度，Ca是次固结系数，Sa是次固结沉降。瞬时沉降是土体产生剪切变形时发生的沉降。因为在大面积均载作用下的剪切变形很小，所以可以忽略瞬时沉降的计算。使用分层总和法计算主固结沉降，划分整个压缩土层，分为厚度适当的分层，然后对各分层的沉降量进行计算最后求总和：
　　 （3）
　　 式中，Si是分层固结沉降，Sc是主固结沉降。可以按照土层的压缩指数和固结状况、附加应力的大小来计算淤泥质土和淤泥的沉降，利用压缩模量或压缩系数，按照土层应力的变化情况来计算其它沉降。
　　 3.3.2 可以根据径向排水固结度和竖向排水固结度来计算软土固结计算中竖向排水插板的平均固结度，它们的关系如下：
　　 （4）
　　 式中，U1、U2 分别是径向、竖向的排水平均固结度，U是土层的平均固结度。
　　 4 沉降处理措施与设计
　　 4.1 推算最终沉降量
　　 一定要重视沉降观测的精度以及沉降杆、板的连接和埋设效果，以提高推算结果的质量。当加载值达到总荷载值（包括路面荷载在内）后，一定要维持恒压三个月以上，在该阶段实测所得的2-3次精度较高的沉降观测成果就能作为推算和外延的依据。根据收敛规律选择推算方法，最终沉降量的推算通常使用指数法或双曲线法，这样所得的理论较为合理。具体操作时，由于观测沉降的资料不连续、施工过程导致观测点破坏等各种原因，最终沉降量的推算可以使用较为方便的沉降速率控制法来进行。
　　 4.2 动态控制沉降的方法
　　 一定要确定合理的控制标准，从而确保路面铺筑一次成功，路面工程的厚度变动最小以及各结构层的施工厚度，这样才能有效的在路堤施工的全过程中实施动态控制。具体控制可以根据3-4等水准测堆精度的月沉降速率进行。在填筑路堤阶段，为了尽力减少附加沉降量，应该对填筑的速率进行控制，使其适应于地纂的固结速率。针对桥头路堤，可把原地面每昼夜的沉降速率控制在5mm内；针对普通路堤，孔隙水压力系数应≤0.6或原地面的沉降速率应<10mm。在堆载预压阶段，填筑桥头或路堤至路床顶面后，连续两个月对原地面进行实测所得的沉降速率应该<3-5mm/月，超载预压的情况下，沉降速率应<8mm/月。路提施工到基层顶面后，如果连续两个月对原地面进行实测所得的沉降速率<3mm/月，就可以对沥青混凝土的下面层进行填筑了。针对桥头和道路的连接处，桥头沉降的沉降差应<3-4cm，沉降导致的纵坡变化应小于△i=0.4-0.6％。如果符合了以上标准，就能够对道路进行初期养护处理。
　　 5 工程实践
　　 某市政道路工程中桥头路堤的过渡段使用的是复合水泥搅拌桩地基，使用超载预压辅以塑料板排水固结处理全线软土。根据上文提出的控制沉降标准对道路进行施工，工程完成三年后，七十个沿全线设置的软基路堤观测点所测到的数据如表1所示：
　　
　　
　　 6 结束语
　　 对于市政道路工程而言，尤其重要的就是对路堤的施工全过程进行沉降动态观测，上文所介绍的控制沉降标准，超载情况下8mm/月，等载情况下路段5mm/月、桥头3mm/月，可以使工后沉降量得到有效的减少，同时保证路面结构层施工厚度的变动量最小，从而确保道路工程质量。此外，采取合理的地摧处理方法，选用适合的勘探手段，能够事半功倍的对道路工程进行设计和施工。
　　 参考文献：
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