解決問題:軟基處理的目的主要是使建筑物修建以后能正常使用,對(duì)高速公路路堤來講也就是保證,路堤不會(huì)產(chǎn)生局部和整體剪切破壞,滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求;公路使用期不致發(fā)生較大的沉降和不均勻沉降,以保證路面結(jié)構(gòu)完整和車輛高速平穩(wěn)行駛。江蘇東段沿線軟土以淤泥質(zhì)粘性土為主,含水量為35%~50%,承載力為50~70kPa,軟土有一定埋深。極個(gè)別地段埋有含水量達(dá)200%的有機(jī)質(zhì)土,由于土層很薄,僅0.3~0.8m,且埋深達(dá)5~8m,對(duì)路堤的穩(wěn)定和沉降影響很小。關(guān)于軟土的定義目前尚無一致意見,國(guó)內(nèi)一般把孔隙比大于1的粘性土叫淤泥質(zhì)土,也劃歸軟土范圍。
關(guān)于高速公路沉降控制標(biāo)準(zhǔn),目前采用的方法有固結(jié)度法,沉降速率法以及工后沉降量法三種。
所謂固結(jié)度法是指路堤修筑后,地基的固結(jié)度達(dá)80%~90%后再修筑路面,從概念上講,此時(shí)絕大部分的沉降量已發(fā)生,殘余沉降不會(huì)很大,但當(dāng)總沉降量很大時(shí),即使尚有10%~20%固結(jié)度未完成,今后在使用期仍有可觀的沉降量發(fā)生,這是此法的缺點(diǎn)。
沉降速率法是在路堤修筑以后觀測(cè)沉降變化過程,當(dāng)沉降速率小于某一數(shù)值(如10mm/月)后再鋪設(shè)路面,根據(jù)觀測(cè)到的沉降變化過程還可推算出今后尚可能發(fā)生的沉降量,此法較為合理,但需建立現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)資料,施工期限也較難預(yù)估。
工后沉降法是以公路在整個(gè)運(yùn)用期可能發(fā)生的沉降量大小進(jìn)行控制,一般認(rèn)為高速公路運(yùn)行15~20年后即需進(jìn)行大修。工后沉降的時(shí)間范圍有的從鋪設(shè)路面時(shí)開始,也有從鋪完路面后算起的。由于鋪設(shè)路面所增加的荷載,對(duì)軟土地基有時(shí)會(huì)產(chǎn)生可觀的沉降量,我們認(rèn)為還是以鋪設(shè)路面開始算為好,因鋪上路面以后所發(fā)生的沉降必然影響到路面的質(zhì)量。
工后沉降的控制標(biāo)準(zhǔn),目前國(guó)內(nèi)普遍采用的是橋頭接坡處不超過10cm,一般路堤不超過30cm,滬寧高速公路江蘇段也采用了此標(biāo)準(zhǔn),我們認(rèn)為是合理的,這是因?yàn)闃蚨諛蚺_(tái)的基礎(chǔ)通常都采用樁基礎(chǔ),本身沉降極小,如橋頭填土的沉降過大,則車輛通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重跳車,因之要求較嚴(yán)格。至于一般路段,填土高度及地層情況均是漸變的,雖然總沉降量較大,而不均勻沉降仍相對(duì)較小,故可適當(dāng)放寬?刂乒ず蟪两档母灸康氖鞘沟缆房v坡和橫坡不致因沉降差而造成路面結(jié)構(gòu)的損壞以及高速行駛中的車輛平穩(wěn)和舒適。至于通道及涵管等人工構(gòu)筑物銜接處的工后沉降,一般亦按橋頭的控制標(biāo)準(zhǔn)。我們認(rèn)為可根據(jù)構(gòu)筑物地基的不同處理方法可適當(dāng)放寬,如構(gòu)筑物基礎(chǔ)采用的樁基礎(chǔ),則兩側(cè)填土工后沉降限制為10cm,如采用淺層處理,或者堆載預(yù)壓而后反開挖修建構(gòu)筑物,因此時(shí)構(gòu)筑物和路堤基本是同步下沉的,則允許沉降可放寬至20~30cm,此時(shí)通道的底部高程應(yīng)適當(dāng)提高。
滬寧高速公路擴(kuò)建中,我們通過反復(fù)的人工預(yù)壓,使得地基的固結(jié)度達(dá)95%以上之后,才按計(jì)劃開始逐層鋪設(shè)各種質(zhì)地的總共數(shù)十層基層,并且每層都反復(fù)數(shù)次壓實(shí)。如此一來,公路建好后的沉降幾乎可以不記,最多也不過一兩個(gè)厘米,便確保了今后路面結(jié)構(gòu)的完整和車輛的高速平穩(wěn)行駛。
評(píng)價(jià):固結(jié)沉降計(jì)算方法的建議目前關(guān)于固結(jié)沉降計(jì)算的方法很多,歸納起來,有取實(shí)際壓力變化范圍的e-p′曲線法,采用100~200kPa壓力范圍的壓縮系數(shù)法、e-lgp′曲線法和有限元法。
從設(shè)計(jì)單位獲得的土工試驗(yàn)資料來看,各單位提供的土壓縮性指標(biāo)以快速法求得的壓縮系數(shù)aV1-2(或E1-2)較為豐富,e-p′曲線不足五分之一,e-Lgp′曲線只有20多個(gè)斷面資料,另外4個(gè)標(biāo)段16個(gè)斷面的三軸試驗(yàn)成果還是后期補(bǔ)充的。問題的關(guān)鍵是,如何充分利用現(xiàn)有的資料估算沉降量,滿足生產(chǎn)的需求。
為估計(jì)常規(guī)計(jì)算方法適用性,表1列出了用壓力為100~200kPa所對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)aV1-2降量進(jìn)行比較。可知a V1-2法算得到的沉降量一般大于e-Lgp′法。這是因?yàn)閍 V1-2法沒有考慮應(yīng)力歷史的影響的原故。兩者的差異,可以用MS1表示超固結(jié)影響系數(shù),一般在0.70~0.93之間。MS1 系數(shù)小至0.45的情況,是由于先期固結(jié)壓力高,堤身低,軟土層分布又接近于上層的原故;也有MS1大于1.0的情況,是由于所估算斷面處的先期固結(jié)壓力較小,堤身高,軟土分布在下層屬正常固結(jié)土。壓縮變形采用Cc計(jì)算的原故。
基于滬寧高速公路建設(shè)期間的數(shù)據(jù),利用軟基處理匯總程序包用于匯總地基鉆孔資料,原設(shè)計(jì)方案和變更設(shè)計(jì)方案的成果,程序包分為兩個(gè)處理模塊,第一個(gè)模塊用于按圖示比例生成地質(zhì)鉆孔圖和設(shè)計(jì)方案匯總表;第二個(gè)模塊用于生成地質(zhì)鉆孔簡(jiǎn)圖以及地基土層的各種參數(shù)表。兩個(gè)模塊可以分開運(yùn)行,也可連接運(yùn)行。本程序包全部采用autolisp語言編成,由于工作在autoCAD環(huán)境下使得圖表和圖形比較容易地合為一體;同時(shí)也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)方案中復(fù)雜數(shù)據(jù)形式的處理。
分析:如果在滬寧高速公路擴(kuò)建工程能夠打破以往的常規(guī),使得路基沉降在建設(shè)工期內(nèi)大體上完成的話,這對(duì)于工程建成后的保養(yǎng)是大有好處的。但是,在開始時(shí)技術(shù)上卻仍然是很有難度的。
而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),首先,南京一帶的軟土地層還算比較結(jié)實(shí),滬寧高速公路各段觀測(cè)到的沉降量在7~40cm左右,不像蘇北地區(qū)有的地段甚至經(jīng)不起壓實(shí)處理;其次這在技術(shù)上,國(guó)內(nèi)已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過相關(guān)的專家,學(xué)者的長(zhǎng)期考證,認(rèn)為這是可以通過技術(shù)攻關(guān)最終達(dá)到的。