基于高速公路扩建工程CPTU路基沉降预测方案研究.pdf

.45.究2023年9 月质量控制与检测江西建材于高速公路扩建工程CPTU路基沉降预测方案研吕旭苏交科集团检测认证有限公司，江苏南京210000摘要：基于高速公路扩建工程，文中采用CPTU方法对路基沉降进行预测。首先进行现场试验，通过CPTU测试参数分析土体的均质性及分层情况；再对沉降进行预测，并进行实际观测和对比分析。随着路堤的填筑，沉降逐渐增大，呈现“W”型特征，不同路肩受承载作用和附加应力影响的不同。填筑完成后，沉降增长放缓，趋于稳定。结果表明，基于CPTU的路基沉降预测方法具有较高的准确性和精度，相比经验公式法、数值模拟法和地震反应分析法，具有明显优势。关键词：高速公路；扩建工程；CPTU；路基沉降；预测中图分类号：U418.8文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 0 45-0 3Research on CPTU Roadbed Settlement Prediction Scheme Basedon Expressway Expansion ProjectLyu XuJiangsu Jiaoke Group Testing and Certification Co.Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210000Abstract:Based on the highway expansion project,the CPTU method is used to predict roadbed settlement.Firstly,on-site tests wereconducted to analyze the homogeneity and stratification of the soil through CPTU testing parameters.Predict settlement and conduct actualobservation and comparative analysis.As the embankment is filled,the settlement gradually increases,presenting a w shaped feature,anddifferent road shoulders are affected by different bearing effects and additional stresses.After the filling is completed,the settlement growthslows down and tends to stabilize.The results indicate that the roadbed settlement prediction method based on CPTU has high accuracy andprecision,and has obvious advantages compared to empirical formula method,numerical simulation method,and seismic response analysismethod.Key words:Expressway;Expansion project;CPTU;Roadbed settlement;Forecast1案例概述佛江高速公路和顺至陈村段工程起点位于佛山市南海区里水镇，在与珠二环交叉处的南海区与花都区的行政边界上，同规划的红棉大道对接；终点位于顺德区陈村镇，与广明高速陈村互通对接，里程桩号为K0+430K39+356，全长3 8.9 2 6 km，设计时速为10 0 km/h，双向八车道高速公路标准。本检测标段包括四个施工合同段（FJ-SO1至FJ-S04标段），包括路基工程、路面工程、桥涵工程、环保工程、绿化工程等，其中，新建或加宽特大（大）桥、跨线桥41座，新建中小桥、通道桥17 座，新建或拼接涵洞3 4道，改建互通立交7 处，新建管养中心1处。2现场试验现有地基土体试验采用Hogentogler原装多功能数字化车载式CPTU系统，提供更多反力，高精度化。扩建地基试验设备采用自主研发的SEUCPTU-1型多功能数字式孔压静力触探系统，该设备轻巧、方便灵活，适用于各种地形环境，解决了车载式CPTU系统在复杂地质环境下的限制问题 。根据施工需求和工程地质特征，对存在软弱土层的路段进行沉降测试。共在高速公路新老地基的四个位置（C1、C2、C3、C4）进行了钻孔试验，共八个孔位。老路地基有四个孔位（A1、作者简介：吕旭（19 9 0-），男，江苏盐城人，本科，工程师，主要研究方向为公路桥梁。A2、A 3、A 4），新建地基在相应位置进行CPTU试验，孔号分别为B1、B2、B3、B4。测试深度如表1所示。表1测试信息既有道路测试深度扩建道路测试深度路堤高孔号钻孔深测试深修正深度/m编号编号度/m度/m度/mC14.40A16.523.1B128.11C24.67A26.421.5B228.71C35.51A35.513.5B314.22C43.92A47.219.3B428.023基于CPTU的路基沉降预测方法基于CPTU参数和考虑侧向变形，利用切线模量、分层总和法和应力分析，对拓宽部分荷载进行计算以获得沉降值。通过选择典型计算断面，在不同荷载作用下计算出道路中心、坡脚、路肩等点的最终沉降，并将二者相减得到拓宽后路基沉降值，计算公式如下：S新=S全-S老=m全Se全-mSe老(1)(2)式中，S新为扩建路基沉降量（mm），S全为既有和扩建路基总沉降量（mm），S老为既有路基沉降量（mm），m全为外部因素，如填筑高度、填土速率等，4p,为复合地基加固区不同分层重点附加应力增量（kPa），E.为切斜模量（kPa），S为复合地基主固462023年9 月质量控制与检测江西建材结沉降量（mm），m 为路基沉降系数，4h,为土层厚度（m）。在扩建工程路基沉降预测时，分层总和法中的压缩模量参数获取难度较大，易受侧限约束，得到的压缩模量参数精确度较低。因此，本文考虑路基侧向挤压作用所引起的沉降变化，采用切线模量计算路基沉降，计算公式如下：=m全 Zi-14AP全i4hi-mZt=1ApiAhiS(3)新EtiEti以时间为依据，可将路基沉降划分为施工期沉降、基准期沉降、工后沉降和总沉降。通常情况下，随着时间的增加，路基沉降呈现S形变化曲线，为准确预测路基沉降变化，根据JTJ017一9 6 公路软土地基路堤设计与施工技术规范对扩建道路各时间段沉降变化进行计算，计算公式如下 3-4S,=(m-1+U)S.(4)U=1-(1-U,)(1-U,)(5)式中，U为路基固结度平均值，S,为t时刻路基沉降量(mm)。路基竖向固结U计算公式如下：Uut2Uo+(1-)U1(6)1+U。=1+8e2Tu(7)4U1=1-32e2T(8)4元2式中，为排水面与非排水面位置附加应力比值，T,为时间因数，U。为孔隙压力呈现矩形分布时的路基固结度，U,为孔隙压力呈现三角形分布时路基固结度。在高速公路扩建时，既有路基受到施工影响，路基也会出现沉降，既有和新建路基沉降变化由道路中心向外递减。出现该情况的主要原因是既有路基并未完全固结，因此在路基沉降预测时，相关人员需考虑既有路基未完全固结的情况。路基沉降计算公式如下：S新=S全-S,老=S全-(m-1+U,)Sc老(9)此时，既有路基和扩建路基任意时刻沉降值计算公式为：Sm-1+USc新(1-U）S新=元-(1-U,)(m-1+U)S全-(m-1+U)scm(1-U.)(m-1+U.)m Z7,4APiAhiEtim(10)式中，U，为既有路基固结度，U,为扩建路基施工后固结度，Sc新为扩建道路复合地基沉降量（mm）。扩建道路施工完成后，路基工后沉降速度较快会引发道路病害，造成道路出现开裂损坏、下沉失稳等问题【5。工后路基沉降可以通过当前道路固结沉降值与工后道路固结沉降之间的差值计算得出，计算公式如下：St工后1USSC新新t新mt1APL4h-(m-1+U.)Zt1AP老LAhi1一U(11)mEtiEti式中，S,工后为扩建路基工后沉降（mm）。通常情况下，扩建道路沉降最大点为路基的形心位置，沉降最小点为道路中心垂线位置，因此，选择这两处位置作为沉降监测点。4CPTU测试结果分析4.1CPTU测试结果CPTU测试是一种关键的地质勘测方法，相关人员可通过测量土体的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力等参数，以评估土体的物理性质和力学行为。这些数据不仅有助于确定土壤的均质性，还可用于Robertion的SBT（So i l Be h a v i o r T y p e）分类方法，以揭示土体的分层情况和力学特性。图1为CPTU测试结果，场地的覆盖层主要由黏土、淤泥质黏土、粉土、淤泥质黏土和粉质黏土构成，这种细致的分层信息对于工程规划和地质工程设计至关重要。发现在土壤深度超过8 m后发生了显著的变化。锥尖阻力开始减小，同时，孔隙水压力增大。这一现象表明，深度超过8 m的土层存在着特殊的土壤特性。SBT分类图的解释表明，深层土壤主要由淤泥质黏土构成。淤泥质黏土具有高含水量和大孔隙比，这些特性导致CPTU测试中的锥尖阻力相对较小，而孔隙水压力较大。锥尖阻力q./MPa孔压u/kPa侧壁摩阻力f/kPa摩阻比R0246804008000501001500501000黏土淤泥质土粉土10淤泥质土152025粉质黏土特建地基既有地基30图1高速公路路基CPTU测试结果淤泥质黏土层对于地质工程和基础设施工程产生重要影响，鉴于其特殊的力学性质，可采取适当的基础设计和土工处理方法，以确保工程的稳定性和安全性。因此，通过CPTU测试和SBT分类方法的深人分析，能够更好地了解土壤的特性，更有效地规划和设计工程项目。观察图中1数据可知，既有地基的锥尖阻力值较待建地基大，而孔压值较小。这表明在荷载作用下，既有地基的土体会发生压缩变形，孔隙水被排出，土体被压密，颗粒之间的接触更加紧密。因此，既有地基的土体性质在一定程度上得到改善 6 。4.2沉降预测结果拓宽高速公路时，地基沉降发生显著变化。随着填筑路堤，沉降逐渐增大，呈现“W”型特征。左路肩1和右路肩5在新路边承载作用下沉降较大，而左路肩2 和右路肩4受附加应力影响小，沉降相对较小，路基各断面沉降监测结果如表2 所示。表2路基各断面沉降监测结果mm监测桩号左1#左2#右4#右5#K8+326-62.98-0.5-0.106-50.94K19+400-66.46-1.92-2.51-62.09K26+280-71.67-4.29-5.61-68.73K37+950-69.84-2.81-3.16-62.5路堤填筑是大型基础设施工程中的关键步骤，不仅需考虑工程施工阶段的沉降，还需关注工程完工后地基的长期沉降特性。在填筑过程中，地基沉降通常会经历不同的阶段，对这些阶段的理解对于工程规划和安全至关重要。初始阶段，即填筑工程刚刚完成后，地基通常会发生明显的沉降。该瞬时沉降是由填充材料在压实和定型过程中发生变形，以及土壤的压实和调整所引起。随着填筑高度的逐渐增加，累计沉降也会逐渐增大。其为正常填筑行为，但需工程师密切?47上接第44页）-质量控制与检测2023年9 月江西建材监测和控制，以确保填筑的稳定性和安全性。然而，当路堤填筑完成后，沉降的增长速率会逐渐减小，最终趋于稳定。这表示地基的初期变形已经发生，土壤已经适应了新的负荷。在这个稳定期内，沉降速率通常接近零，只有轻微的增长，呈线性变化。这是填筑工程中的一种正常行为，表明工程逐渐接近完全稳定状态。需注意的是，虽然既有地基和新建地基的沉降速率可能相似，但它们的累计沉降存在较大差异。这可能是由于既有地基的土壤特性和历史沉积不同，或由于填筑工程对不同地点的影响不同。尽管存在这些差异，但沉降速率符合相关规范要求，满足了道路扩建中的沉降标准。总之，填筑工程的地基沉降是一个复杂的过程，它经历了不同的阶段，包括初始阶段的明显沉降，以及填筑完成后的沉降趋于稳定的过程。5预测结果对比研究采用CPTU方法对扩建公路的路基沉降进行了预测，为评估本文提出的CPTU方法与其他方法的效果，对于预测结果进行了对比分析，预测结果如表3 所示。表3不同方法预测对比结果mm方法沉降预测值误差本文提出方法10.20.9经验公式法10.82.1数值模拟法9.81.5地震反应分析法11.52.8从表3 可以看出，本文提出的CPTU方法预测的路基沉降值为10.2 mm，与实际观测值有一个0.9 mm的误差。与其他方法相比，本文提出的方法在预测结果方面具有明显优势。经验公式法：预测沉降值为10.8 mm，误差为2.1mm。经验公式法是基于历史数据和经验公式进行预测的方法。经验公式法的沉降预测值略高于实际值且误差较大。数值模拟法：预测沉降值为9.8 mm，误差为1.5mm。数值模拟法是通过建立计算模型，考虑土体和荷载参数，进行路基沉降预测。数值模拟法的预测结果相对准确，但误差略高于本文提出的方法。地震反应分析法：预测沉降值为11.5mm，误差为2.8 mm。地震反应分析法是通过分析路基的动态响应来预测沉降情况。GB502082011地下防水工程质量验收规范地下工程防水等级二级的要求。（3）地下三层底板渗漏点位置推测为后浇带、施工缝、桩头及混凝土不密实处等薄弱位置。地下三层侧墙渗漏点位置为侧墙裂缝处。（4）地下三层侧墙渗漏原因为结构层裂缝。（5）地下三层底板、外墙漏水处应进行修复，建议委托具备资质和能力的相关单位查找漏水点，设计修复方案，并根据实际情况组织施工、验收。5结语随着城市的快速发展，城镇化水平逐步提高，新建钢筋混凝土结构在持续增多的同时也面临着不同程度的问题，针对这些问题，需采用科学的技术方法进行检测鉴定，为建筑物的后续使用提供参考依据。本文以工程实际为例，介绍了某已完工工程地下室漏水的检测鉴定流程和基本内容，并根据设计图纸地震反应分析法的预测结果与实际值相比误差较大。通过对比分析得出，本文提出的CPTU方法在预测高速公路扩建工程路基沉降方面具有明显优势。它相对于其他方法具有更高的准确性、精度和稳定性，能够更可靠地预测路基沉降的发生。6结语本文采用CPTU方法对高速公路扩建工程的路基沉降进行预测，并通过现场试验和对比分析对预测结果进行验证。根据测试结果可知，场地的覆盖层由黏土、淤泥质黏土、粉土和粉质黏土组成，并存在较深厚的淤泥质黏土层。既有地基在荷载作用下发生压缩变形，土体性质得到改善。在沉降预测结果方面，随着路堤的填筑，沉降逐渐增大，呈现“W”型特征。既有地基和新建地基的沉降速率相似，但累计沉降存在较大差异。填筑过程中产生瞬时沉降，填筑完成后沉降增长放缓，沉降值逐渐收敛。对比其他方法可知，本文提出的CPTU方法在预测高速公路扩建工程路基沉降方面具有优势。与经验公式法、数值模拟法和地震反应分析法相比,CPTU方法在预测结果方面更准确、精度更高、稳定性更好。能够更可靠地预测路基沉降的发生，具有应用于实际工程中的潜力。参考文献1】郭全元，钟仕兴，肖旺.基于孔压静力触探（CPTU）及扁铲侧胀试验（DMT）南沙软土力学特性研究【J.广东土木与建筑，2022,29(6):26-29.2王蒙，蔡国军，刘文亮，等.基于CPTU测试的高速公路改扩建新老地基土工程特性评价研究J】.岩土工程学报，2 0 19，41(S2):81-84.【3 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