【摘 要】近年来随着长三角经济的快速发展,交通流量迅猛增长,我国许多4车道高速公路已无法满足通行需求,迫切需要进行扩建改造,沪宁高速公路“不高速”,经常出现拥堵,已不能适应经济社会发展的需要,亟待扩建。但相对于高速公路的新建,扩建工程难度更大,面临着路基桥梁拼接、互通改建、交通分流组织等一系列难题。沪宁高速公路不仅是我省第一条扩建的高速公路,也是全国首条在不中断交通的情况下全线扩建的高速公路,施工过程中遇到的困难尤其多。
【关键词】工程地质;地基沉降;软土地基
概论 在沪宁高速公路建设过程中,我们积累了在江苏省的软土环境下建设高速公路的大量经验,对路基沉降有了一定的研究。在这次沪宁高速公路扩建工程中,我们计划使用无沉降技术处理该工程路基。虽然这具有一定难度,但使用该技术,能有效地减少甚至避免路基沉降在工程结束以后,对路体造成的剪切力破坏,保证路体的稳定性。
正文 解决问题:软基处理的目的主要是使建筑物修建以后能正常使用,对高速公路路堤来讲也就是保证,路堤不会产生局部和整体剪切破坏,满足强度及稳定性要求;公路使用期不致发生较大的沉降和不均匀沉降,以保证路面结构完整和车辆高速平稳行驶。江苏东段沿线软土以淤泥质粘性土为主,含水量为35%~50%,承载力为50~70KPa,软土有一定埋深。极个别地段埋有含水量达200%的有机质土,由于土层很薄,仅0.3~0.8m,且埋深达5~8m,对路堤的稳定和沉降影响很小。关于软土的定义目前尚无一致意见,国内一般把孔隙比大于1的粘性土叫淤泥质土,也划归软土范围。
1. 关于高速公路沉降控制标准,目前采用的方法有固结度法,沉降速率法以及工后沉降量法三种
所谓固结度法是指路堤修筑后,地基的固结度达80%~90%后再修筑路面,从概念上讲,此时绝大部分的沉降量已发生,残余沉降不会很大,但当总沉降量很大时,即使尚有10%~20%固结度未完成,今后在使用期仍有可观的沉降量发生,这是此法的缺点。
沉降速率法是在路堤修筑以后观测沉降变化过程,当沉降速率小于某一数值(如10mm/月)后再铺设路面,根据观测到的沉降变化过程还可推算出今后尚可能发生的沉降量,此法较为合理,但需建立现场沉降观测资料,施工期限也较难预估。
工后沉降法是以公路在整个运用期可能发生的沉降量大小进行控制,一般认为高速公路运行15~20年后即需进行大修。工后沉降的时间范围有的从铺设路面时开始,也有从铺完路面后算起的。由于铺设路面所增加的荷载,对软土地基有时会产生可观的沉降量,我们认为还是以铺设路面开始算为好,因铺上路面以后所发生的沉降必然影响到路面的质量。
工后沉降的控制标准,目前国内普遍采用的是桥头接坡处不超过10cm,一般路堤不超过30cm,沪宁高速公路江苏段也采用了此标准,我们认为是合理的,这是因为桥墩桥台的基础通常都采用桩基础,本身沉降极小,如桥头填土的沉降过大,则车辆通过时会产生严重跳车,因之要求较严格。至于一般路段,填土高度及地层情况均是渐变的,虽然总沉降量较大,而不均匀沉降仍相对较小,故可适当放宽。控制工后沉降的根本目的是使道路纵坡和横坡不致因沉降差而造成路面结构的损坏以及高速行驶中的车辆平稳和舒适。至于通道及涵管等人工构筑物衔接处的工后沉降,一般亦按桥头的控制标准。我们认为可根据构筑物地基的不同处理方法可适当放宽,如构筑物基础采用的桩基础,则两侧填土工后沉降限制为10cm,如采用浅层处理,或者堆载预压而后反开挖修建构筑物,因此时构筑物和路堤基本是同步下沉的,则允许沉降可放宽至20~30cm,此时通道的底部高程应适当提高。 [1]
沪宁高速公路扩建中,我们通过反复的人工预压,使得地基的固结度达95%以上之后,才按计划开始逐层铺设各种质地的总共数十层基层,并且每层都反复数次压实。如此一来,公路建好后的沉降几乎可以不记,最多也不过一两个厘米,便确保了今后路面结构的完整和车辆的高速平稳行驶。
2. 评价
固结沉降计算方法的建议目前关于固结沉降计算的方法很多,归纳起来,有取实际压力变化范围的e-p′曲线法,采用100~200KPa压力范围的压缩系数法、e-lgp′曲线法和有限元法。
从设计单位获得的土工试验资料来看,各单位提供的土压缩性指标以快速法求得的压缩系数aV1-2(或E1-2)较为丰富,e-p′曲线不足五分之一,e-Lgp′曲线只有20多个断面资料,另外4个标段16个断面的三轴试验成果还是后期补充的。问题的关键是,如何充分利用现有的资料估算沉降量,满足生产的需求。
为估计常规计算方法适用性,表1列出了用压力为100~200KPa所对应的压缩系数aV1-2降量进行比较。可知a V1-2法算得到的沉降量一般大于e-Lgp′法。这是因为a V1-2法没有考虑应力历史的影响的原故。两者的差异,可以用MS1表示超固结影响系数,一般在0.70~0.93之间。MS1 系数小至0.45的情况,是由于先期固结压力高,堤身低,软土层分布又接近于上层的原故;也有MS1大于1.0的情况,是由于所估算断面处的先期固结压力较小,堤身高,软土分布在下层属正常固结土。压缩变形采用Cc计算的原故。