城市道路設(shè)計與施工中沉降的監(jiān)測與控制

張 勇

眾所周知，隨著我國城市基礎(chǔ)建設(shè)的加快，我國城市建設(shè)開始大規(guī)模發(fā)展，不少城市開始向郊區(qū)發(fā)展，同時一些城市不得不往軟土地基上進行開發(fā)。但是由于軟土地基受自身特點的限制，對道路工程的沉降變形提出了嚴(yán)格要求，因此要實現(xiàn)道路軟土地基沉降的目標(biāo)，加強道路軟土地基沉降的監(jiān)測與控制已成為道路工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 道路軟土地基沉降控制特點

城市道路運行車輛多、速度快、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、對路基的要求嚴(yán)格，控制路基變形和縱向剛度的變化已成為道路的關(guān)鍵技術(shù)。路基要求按土工構(gòu)筑物設(shè)計，應(yīng)具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性，滿足耐久性要求。其中道路軟土地基沉降控制特點更加嚴(yán)格。

1.1 路基變形控制標(biāo)準(zhǔn)高

在軟土地基上施工，其對路基沉降變形是十分敏感的，特別是工后沉降，而軟土地基線路狀態(tài)只能通過加固系統(tǒng)進行調(diào)整，因此，與其他地基相比，城市道路對軟土地基變形的要求更為嚴(yán)格，路基變形控制標(biāo)準(zhǔn)要高。同時隨著線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，路基的沉降變形標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了認(rèn)識、實踐、再認(rèn)識的發(fā)展歷程，對沉降控制的要求隨之也在不斷提高。我國擬建的道路軟土地基設(shè)計規(guī)定，路基工后沉降不得大于30 cm，任意路段20 m長度范圍內(nèi)的不均勻沉降不得大于20 mm/20 m，這意味著比其他線路路基沉降變形的控制更為嚴(yán)格。

1.2 路基強度和剛度要求高

汽車在道路上行駛，其速度越快，要求路基的剛度越大，彈性變形越小。但剛度過大也會使道路振動加大，不能平穩(wěn)運行，路基剛度的不平順則會給道路造成動態(tài)不平順。研究表明由剛度變化引起的道路振動與速度的平方成正比。因此，汽車運行速度越高，要求路基的剛度越大、彈性變形小，在線路縱向做到剛度均勻、變化緩慢、不允許剛度突變。

1.3 路基的長期穩(wěn)定性要求高

汽車行駛時路基不僅承受附屬構(gòu)筑物的靜荷載，還要承受汽車荷載的長期反復(fù)作用。同時，由于軟土地基直接暴露在自然條件下，需要抵抗氣溫變化、雨雪作用、地震破壞等不良因素的影響。路基工程必須保證在這些條件的長期作用下，其強度不會降低、彈性不會改變、變形不會加大，真正做到長壽命和少維修。當(dāng)然，也只有在線下工程滿足長期穩(wěn)定的狀況下，才能確保高速行車，減少維修費用，并增加運行的安全性。

2 道路軟土地基沉降的監(jiān)測與控制

2.1 道路軟土地基沉降的監(jiān)測

2.1.1 路基沉降的監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)不同的路基高度，不同的地基條件，不同的結(jié)構(gòu)部位等具體情況設(shè)置沉降監(jiān)測剖面，且監(jiān)測范圍應(yīng)涵蓋所有沉降發(fā)生的路基地段。沉降動態(tài)變形監(jiān)測的內(nèi)容包括路基面沉降監(jiān)測、路基本體沉降監(jiān)測、基底沉降監(jiān)測、深厚層地基分層沉降監(jiān)測、軟土地基水平位移監(jiān)測、復(fù)合地基加筋應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測共6個方面。路基面監(jiān)測點是變形監(jiān)測的重點部位，同時評價沉降的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律，預(yù)測總沉降量及工后沉降完成時間，還必須在路基填層中以及路基基底布置監(jiān)測點。

2.1.2 路基沉降的監(jiān)測要求

沉降監(jiān)測剖面應(yīng)根據(jù)不同的地基條件，不同的結(jié)構(gòu)部位等具體情況設(shè)置，分三個階段進行，第一階段為路基填筑施工期間的監(jiān)測，主要監(jiān)測軟土地基填土施工期間地基土的沉降以及路堤坡腳邊樁位移;第二階段為路基填土施工完成后，自然沉落期及擺放期的變形監(jiān)測，該階段應(yīng)對路基面沉降、路基填筑部分沉降以及路基基底沉降進行系統(tǒng)的監(jiān)測，直到工后沉降評估可滿足要求鋪設(shè)軟土地基為止;第三階段為試行駛期的監(jiān)測。路基沉降變形觀測從填筑路基開始，最少時間為6個月。路基施工至基床表層頂面后，先監(jiān)測半年，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，分析評價地基的最終沉降量完成時間，及時調(diào)整設(shè)計措施使地基處理達到預(yù)定的變形控制要求，以確定試行駛期周期，并作為竣工驗交時控制工后沉降量的依據(jù)。

2.2 道路軟土地基沉降的控制目標(biāo)

“工后零沉降”建設(shè)是指在道路線下工程的設(shè)計、施工和管理中，都要以“工后零沉降”為追求目標(biāo)。為此在線路上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，我們要對這樣的“小沉降”提供進行調(diào)整的手段，并為線下工程的工后沉降規(guī)定了一個允許偏差值，作為工程實踐的控制標(biāo)準(zhǔn)，從而在目標(biāo)和現(xiàn)實之間留下了一定的余地。但是由于道路對軟土地基沉降控制的要求很高，而沉降計算的影響因素很多，沉降控制已完全超出了處理方法的計算精度，因此，規(guī)定的工后沉降已不再是最初設(shè)計的預(yù)留值，而是一個允許出現(xiàn)的誤差值。從某種意義說，道路路基工后沉降實際上是“零”沉降控制基礎(chǔ)上的允許偏差，其關(guān)鍵在于將工后沉降限制在可控制和可調(diào)整的范圍。

2.3 道路軟土地基沉降的控制措施——水泥注漿技術(shù)

水泥砂漿可與粉土、粉黏土進行有效結(jié)合，通過水泥的硬化膠結(jié)功能，可有效減小粉土、粉黏土的自由膨脹率，減小粉土、粉黏土的膨脹潛勢;同時水泥注漿法施工利于施工面的展開，利用膨脹土間的裂隙，不會產(chǎn)生斷道阻車情況;還有其改良成本較低。但是由于粉土、粉黏土的裂隙分布不均，導(dǎo)致注漿分布不均，注漿壓力控制難以確定;在不中斷行車的情況下，新注入的砂漿難以硬化，汽車通過時易將砂漿擠出;水泥注漿必須先進行鉆孔成孔作業(yè)，加大了治理成本。另外粉土、粉黏土在路基不均勻下沉及汽車振動荷載的反復(fù)沖擊作用下，易造成封閉層的龜裂，起不到阻水作用，從而使病害得不到徹底根治，也降低了封閉層的整體強度。

2.4 道路軟土地基沉降的控制評定

為保證軟土地基沉降控制質(zhì)量，除路基填筑質(zhì)量滿足相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)外，試行駛前必須對路基沉降變形是否滿足軟土地基的控制要求進行評估，只有經(jīng)分析滿足沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的地段才可試行駛。各種工后沉降推算方法均是以實測沉降資料為依據(jù)，采用數(shù)學(xué)擬合修正的方法預(yù)測總沉降量、沉降速率、沉降趨勢的數(shù)學(xué)分析方法，其預(yù)測精度受數(shù)據(jù)采集、預(yù)測方法、地基土特性等邊界條件影響較大。對預(yù)測精度的可靠性可按照以下3個方面進行評估:1)預(yù)測前測試數(shù)據(jù)回歸方程的相關(guān)性分析，要求測試數(shù)據(jù)與擬合求得沉降趨勢線方程的相關(guān)系數(shù)較大，預(yù)測方程方可用于沉降預(yù)測;2)預(yù)測穩(wěn)定性驗證，采用已有觀測數(shù)據(jù)和確定的回歸方程，推測后續(xù)一定時間的沉降，當(dāng)與實測沉降的偏差小于某一數(shù)值時，認(rèn)為預(yù)測穩(wěn)定性較好，精度較高;3)預(yù)測準(zhǔn)確性要求，認(rèn)為當(dāng)預(yù)測的時間條件滿足當(dāng)前荷載水平下沉降變形基本完成的條件，預(yù)測才是準(zhǔn)確的。而且預(yù)測一般需要填土完成后經(jīng)3個月～6個月荷載穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)實測經(jīng)驗，填土的壓密變形隨土性的不同一般也要經(jīng)6個月～18個月才能穩(wěn)定。

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