轻质土填筑公路路堤沉降变形规律分析

　　轻质土填筑公路路堤沉降变形规律分析林来贺LINLai-he曰李通达LITong-da（河海大学土木与交通学院，南京210098）摘要院高速公路软土地基若处理不善，则工后沉降经常不能满足规范的要求。本文通过对某高速公路堆载预压处理段路基沉降速率较大断面采用气泡混合轻质土置换高速公路路堤的应用，根据地基土体为超固结土，通过现场实测沉降资料分析，置换前后处理段沉降观测点月沉降量变化显著，路基沉降速率较处理之前收敛明显，符合了相关规范要求。根据观测数据，使用轻质土填筑高速公路路堤不仅施工方便，质量容易控制，而且处理效果显著，是一种有效的减少软土地基工后沉降的控制方法。.jyqkCement Banking），是一种由原料土、固化剂、轻质材料、水等几种材料按照一定比例混合，经过充分搅拌后形成的人工填土材料。其具有轻质性、良好施工性、高流动性等的特点，并有着足够的强度和较好的变形特性。由于它的这些特性，气泡混合轻质土作为一种路基填料，可以有效地降低填土荷载，减少软基的附加应力，抑制软基的沉降和侧移，还可以在一定程度上提高路基的稳定性。目前，国内陈忠平[1]、刘汉龙[2]等介绍了气泡混合轻质土的材料特性、FCB工法具体施工工艺及其应用范围，谭少华[3]等介绍了FCB在具体工程中运用，等等。气泡轻质土已经在建筑工程与交通领域得到较广泛的应用，而本文通过对某高速公路气泡混合轻质土填筑高速公路路堤的工程实例的研究，介绍了利用气泡混合轻质土填筑公路路堤时的地基沉降变形规律，并进行一定分析，希望能为FCB工法及其理论的发展提供一定的支持。1工程概况研究人员取某高速公路K10+342~K10+450共108m作为试验路段，布置监测点，并对试验结果进行分析。该处路基采用堆载预压加塑料排水板的处理方式，于2007年7月开始堆载，2008年9月结束加载。原计划2009年5月份对路基进行卸载，并于年底建成并通车。然而该路段路基在卸载期间的沉降速率观测结果连续几个月在10mm/月~20mm/月的范围内，难以满足相关规范，并且没有明显的收敛迹象。文中采用文献沉降预测方法[4]并根据具体沉降资料进行预测，得出在没有对路基进行其它处理的情况下，沉降速率难以收敛，为了使路基沉降速率满足规定卸载标准，必须延长预压期至次年6月的结论，推迟了全线通车的时间。针对这个问题，本工程采用FCB 工法，换填路堤土体以处理有关路段路基。具体换填路段处理方案为：挖除地表预压土并用气泡混合轻质土换填至设计标高，在进行后续部分的施工。选取K10+370和K10+420断面进行观测，具体断面设计如图1所示，换填深度1~2m。本工程气泡混合轻质土主要参数为：容重5.5kN/m3，顶层80cm以内28d抗压强度大于800kPa，80cm以下部分28d抗压强度大于600kPa，最大泵送距离大于1500m，轻质填料采用表面活性类发泡剂。换填路段各土层具体的土工参数如表1所示，从上到下分为三层，分别为杂填土（厚0~2.2m）、淤泥质亚粘土（厚度18.2~20.5m）、亚粘土（厚25.5~35.5m）。换填区域地下常水位位于地面以下2.5m处。2轻质土换填路段路基应力计算以及分析用气泡轻质土填筑公路路基，对于路基，可以理解成一个卸载的过程，到底卸载了多少这个问题具有一定的可研究性[5]，本文采用椭圆—抛物双屈服面模型计算土体沉降，以研究这个问题：模型所含的8个参数，可由常规三轴排水试验测得偏应力（啄1-啄2）作用下的轴向应变着a和体积应变着a来确定。 工后沉降是选择路基处理方案的一个重要指标，图2描述了在施工期沉降随时间变化的情况，可以看出，换填后的路基沉降速率很快开始收敛，稳定在0.4mm/d耀0.7mm/d间，满足了规范规定的标准。本文以换填段土工参数为依据，采用土体椭圆—抛物双屈服面本构模型计算换填段路基最终沉降，以研究处理路基的工后沉降。表2、表3为前述计算结果，从中可看出，工后沉降与换填深度紧密相关，在换填深度达1m时，工后沉降减少量最大，随着换填深度越大时，工后沉降的减少幅度逐渐变小，换填越多，路基工后沉降越小。经过分析，土体的前期固结应力影响着对路基的处理效果，一般换填之后的地基土体为超固结土，土的超固结比随换填量的增大而增大，从而导致工后次固结沉降减小。考虑气泡混合轻质土层对路堤结构层刚度的提高，交通荷载对路基的影响较小[6]。所以，FCB置换层可以提高路堤刚度进而减少交通荷载的不利影响，最终达到大量减少工后沉降的效果。3FCB试验段沉降变形规律分析本工程从2007年7月开始施工，并同时进行有关监测，2010年1月建成通车之后，为全面研究试验段的沉降变形情况，对路段的观测延长至2011年8月，整个观测阶段历时1100余天。有关观测数据如图3和图4所示。如图3所示，2009年5 月结束填筑轻质土后，沉降曲线逐渐平缓，路基沉降速率明显收敛，路面加载后，沉降速率略有增大，施工结束后，沉降速率很快开始收敛。在工程中，未换填前，各路段路基沉降速率约在0.4mm/d耀0.7mm/d间，进行换填作业后，根据监测资料算得沉降速率下降到0.05mm/d耀0.2mm/d，下降明显，路基稳定性提高。在路面施工结束后，重新布置工后沉降观测点，以观测换填路段工后沉降情况，观测点布置如图5所示。由于篇幅有限，本文以K10+370、K10+420为例，介绍和分析各试验路段路基的工后沉降变化。图4描述了在2010年1月后工后沉降的变化情况：路基开始阶段的工后沉降速率较大，后期月沉降量有显著收敛。值得注意的是，K10+420的工后变化曲线出现反弹，经过分析应该是由于通车阶段行车道交通荷载增加，路基填土向两端转移，从而影响到了路段路缘带上的观测点。综上可见，高速公路地基采用的处理方式无法使沉降速率显著收敛以符合相关标准时，采用FCB工法可以有效减短工期，并有着填土荷载减少，工后沉降小，施工方便等的优点，是一种值得继续深入研究的地基处理方法。4结论通过对轻质土填筑公路路基工程实例的监测以及相关理论的推导分析，得到如下结论： 淤采用气泡轻质土置换路基，由于其比重小的特点，可以在一定程度上减少路基的工后沉降，并且能够加快地基沉降速率的收敛，从而加快施工进程。于气泡混合轻质土可以通过增加路堤结构层刚度的方式减少交通荷载对路堤的不利影响，提高行车稳定性，进而保证处理路段建成之后的车辆通行安全。盂气泡混合轻质土工法具有便于施工、工期较短等特点，并能够有效处理软土地基、减少工后沉降，所以，FCB工法是解决软土路基施工堆载期路基沉降过大、沉降速率不明显的一种具有较大发展潜力、值得进一步研究的新技术。