【论文摘要】在高速公路软土地基路段的建设过程中，考虑到软土地基的复杂性，为了控制施工进度，指导后期的施工组织与安排，如何正确计算路基的工后沉降是一个重要问题，本文介绍了用于路基沉降计算的常用方法和一些新方法，并对它们的优缺点进行了剖析，同时对各种方法的计算结果与实际情况作了比较，为准确计算路基的沉降量提供了方法上的 参考 。
1．前言
在公路施工过程中，为了控制施工进度，指导后期的施工组织与安排，同时保证路基的稳定与适用，需要对路基的最终沉降量进行计算预测。高速公路对地基要求甚高，为了实现其“安全、舒适、高速”的服务目的，在使用年限内不应出现较大的工后沉降，同时还应避免不均匀沉降的发生。随着我国“五纵七横”高速公路网的全面展开，高填方路堤和软土路基也越来越多，如何准确地预测它们的沉降量将会是高速公路建设中的一个重要课题。目前用于计算沉降的方法很多，主要有传统计算方法、根据现场实测资料推测的经验公式法、数值计算法等。本文拟在对传统的计算方法作一 总结 的同时，侧重于对新的计算方法作一介绍。
2．传统计算方法
经典的沉降计算方法将沉降分为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。瞬时沉降包括两部分：由地基的弹性变形产生的和由地基塑性区的开展，继而扩大所产生的侧向剪切位移引起的。对于固结沉降的计算，主要采用分层总和法。次固结沉降常采用分层总和法根据里蠕变试验确定参数求解。最终沉降量的计算通常采用固结沉降值乘以经验系数的方法。
2.1分层总和法
分层总和法是先求出路基土的竖向应力，然后用室内压缩曲线或相应的压缩性指标，压缩系数或压缩模量分层求算变形量再总和起来的方法，这种方法没有考虑路基土的前期应力。e-lgp曲线法可以克服这个不足，能够求出正常固结、超固结和欠固结情况下路基土的沉降。但这两者都是完全侧限条件下的变形计算方法，所以司开普顿和比利提出利用半经验的方法来解决这个问题。关于分层总和法的介绍比较多，这里不再赘述。使用该方法有一点必须引起重视，就是压缩层深度的选择，这可以从位移场角度和应力场角度加以考虑，具体可参见参考 文献 [1]。
2.2应力路径法[2]
直接用有效应力路径法来计算沉降的步骤是：①在现场荷载下估计路基中某些有代表性(例如土层的中点)土体单元的有效应力路径；②在试验室做这些土体单元的室内试验，复制现场有效应力路径，并量取试验各阶段的垂直应变；③将各阶段的垂直应变乘上土层厚度即得初始及最后沉降。
有效应力路径法可以克服估计初始超孔隙压力以及固结沉降的街接上存在不够合理的地方这个缺点，但它无法避
免用弹性理论来计算土体中的应力增量。
3．现场实测资料推测沉降
由于荷载作用下路基沉降需要一段时间才能完成，所以通过前期的沉降观测资料可以推算路基的最终沉降量。
3.1对数配合法
由路基固结度常用式U=1-ae-bt及其定义式，在实测的初期沉降-时间曲线上任意取3点且使它们之间的时间间隔相等，可得最终沉降量。为了使推算结果精确一些，时间间隔值尽可能取大一些，这样对应的沉降差值就要大一些。
3.2双曲线配合法
该法认为时间沉降量为一双曲线，可由此确定路基的沉降量。但用该公式的计算结果与实测比较后发现偏离较大[3]，推算的最终沉降量也偏大，如果沉降过程的观测历时较长，而且在求算最终沉降量时着重于后一阶段的沉降曲线的话，就可得到较好的结果。
双曲线配合法模型简单实用，预测值较实测值稍微偏大，偏于保守，但对工程沉降预测有利。
3.3指数函数配合法
指数函数配合法即在沉降时间关系曲线上，取最大横载段内的三点，并使三点的时间间隔相等，将三点的时间与相应的沉降代入固结度的常用式U=1-ae-bt即可得指数函数配合法的具体表达式，由于上述方法中采用了实测的三点时间和对应沉降值，该方法又称三点法，三点的选择以沉降曲线趋于稳定的阶段，且三点间隔尽可能大最为有利，此时推算的沉降值最准确。
4．其他计算方法
4.1原位试验法[4]
通过原位试验来确定沉降量的方法主要有：平板载荷试验法、静力触探法、标准贯入试验法和旁压试验法。其中平板载荷试验法主要适用于砂土地基，该方法是对一定面积逐级施加荷载增量，并测量由这些增量所引起的沉降，可得到荷载与沉降的关系曲线，该方法通常要进行尺寸效应修正。静力触探法如标准贯入试验法是利用由大量的资料分析所得到的这些试验结果与土的压缩性指标之间的关系来计算沉降。旁压试验法是用旁压试验得到的模量应用弹性理论得到预估沉降量，该方法将沉降分为二部分：由球形应力张量引起的沉降和由偏斜应力张量引起的沉降。
4.2有限单元法[5]
有限单元法是将地基和结构作为一个整体来分析，将其划分网格，形成离散体结构，在荷载作用下算得任一时刻地基和结构各点的位移和应力。该方法可以将地基作为二维甚至三维问题来考虑，反映了侧向变形的影响。它可以考虑土体应力应变关系的非线性特性，采用非线性弹性的本构模型，或者弹塑性本构模型。目前用得最广的是邓肯-张双曲线模型。它可以考虑应力 历史 对变形的影响，还可以考虑土与结构共同作用，考虑复杂的边界条件，考虑施工逐级加荷，考虑土层的各向异性等。从计算方法上来说，是一种较为完善的方法。它的缺点是计算工作量大，参数确定困难，要做三轴排水试验，目前主要用于重要工程、重点地段的计算。 4.3反分析法
反分析法是依靠在工程现场获取位移量测信息反演确定各类未知参数的理论和方法[6]。在反分析确定了路基参数后再根据所选择的模型能准确地求出路基的沉降量。进行反分析 计算 要注意的问题有：一个可靠的反分析必须依靠一套可靠和完整的数据测定；在反算某些参数时，总要对其他一些辅助参数进行实测，有时还需要估计；进行反分析首先要对整个数学模型某种假定，这些假定的可靠度将影响反分析的适用性；在反分析的模型选择、介质特性假定等方面，经验的工程判断将起到重要作用。
【关键词】 沉井工程；结构设计；施工特点
建议
1、工程概述
老挝湄公河萨拉康（Sanakham）水电站位于老挝沙耶武里省肯涛县方康村上游300m处的湄公河干流上，为老挝人民民主共和国境内湄公河干流梯级电站的第5级。萨拉康水电站以发电为主，兼有航运、过鱼等综合利用效益的水电枢纽工程。枢纽布置从左岸到右岸依次为：左岸混凝土副坝、船闸坝段、左岸泄洪闸坝段（14孔）、河床式厂房坝段（12台机组）、右岸泄洪闸坝段（5孔）、鱼道坝段、右岸混凝土副坝。坝顶总长886.2m，坝顶高程230.5m，最大混凝土坝高57.2m。
本工程拟采用围堰分期拦断河床的分期导流方式，在一期围堰围护下进行左岸船闸、14孔泄洪闸及副安装间坝段等项目施工，原河床过流；二期围右岸河床厂房坝段、5孔泄洪冲砂闸及右副坝段等项目施工，由左岸已建14孔泄洪闸过流，船闸建成通航。
根据可行性研究报告，由于湄公河在坝址区转向并形成一个较大弯道，河床主流位于河床右侧，主河床宽度约400m，河床覆盖层为粉细砂，覆盖层厚度约12.5m～23.5m。围堰纵向导墙基础拟采用沉井结构，由于沉井结构在水电工程中应用较少，本文将结合工程实际情况对纵向导墙基础选型、沉井设计优化、施工特点进行分析。根据经验，在对整个工程施工总进度计划认真分析的基础上，对沉井工程结构设计、施工工艺及施工时段等方面提出合理的建议。
2、纵向围堰基础形式结构比选
纵向导墙布置于副安装间坝段的上、下游方向，顺河向布置。纵向导墙上游段布置于副安装间的上游侧（桩号：D0+000.00～D0-208.00），与副安装间坝段相接，纵向导墙下游段布置于副安装间的下游侧（桩号：D0+080.70～D0+246.00），与副安装间坝段相接。
一、二期汛期导流期间，需由纵向导墙及上、下游围堰进行挡水，本阶段就纵向导墙下部结构形式进行了比较，一是采用沉井结构，另一种采用碾压混凝土结构。虽是两种不同结构，但其布置位置相同。沉井与导墙方案比较详见表2-1。
上述比较可以看出，在导流方案布置上相同，工程量上两个方案相差较小，施工进度相同，施工方法上沉井工艺稍复杂，但从施工风险上来说，导墙方案河床防冲对原河床束窄度较大，需要对右岸进行疏浚开挖，工程量较大，河岸防冲问题突出，在防渗墙渗水时对工期影响较大，同时带来基坑边坡稳定问题；，而沉井方案边坡问题较少，施工风险相对较小。因此，纵向围堰基础采用沉井方案较优。
3、沉井群结构设计及施工特点
3.1沉井布置及结构
纵向沉井顺河向布置在副安装间坝段的上下游方向，单排布置，在桩号坝上K0-208.00m～坝下K0+258.00m段，建基面高程为180.00m～186.00m，上游沉井顶高程为203.50m，下游沉井顶高程为203.50m，上游沉井高度15.50m～17.50m，长度208.00m，底宽26.00m，下游沉井高度17.50m，长度165.30m，底宽26.00m。
坝上K0-208.00m～坝上K0-134.00m段基岩面不平整，单个沉井尺寸选用26m×17m，共计4个，每个沉井设4个取土孔，取土孔尺寸为8.5m×5.5m，沉井外墙厚2.0m～3.0m；坝上K0-134.00m～坝下K0+258.00m段基岩面较平整，单个沉井尺寸选用26m×26m，共计14个；（详见沉井结构俯视图3-1、3-2）。每个沉井设4 个取土孔，取土孔尺寸为8.5m×8.5m，沉井外墙厚3.0m，中隔墙厚3.0m，沉井间间隔为2.0m，沉井间隔缝隙两端后期采用混凝土灌注桩封口，中间回填C15 堆石混凝土，使沉井群形成整体。沉井布置及体型详见图一
3.2施工特点
（1）根据施工总进度计划，沉井是本工程的关键项目，主体工程开工后，仅沉井施工需17个月工期，且沉井施工集中在第一年和第二年的枯水期，工程量大、混凝土施工强度高，一旦在第二年汛前无法按期完工，对工程总进度影响深远较大。
（2）坝址沉井施工区河床覆盖层基本为粉细砂层，粉细砂厚度约为12.5m～23.5m，沉井施工围堰基础均为粉细砂，防渗难度大，沉井下沉施工过程中受地下水影响，极易发生“流砂”“流土”现象，造成沉井“突沉”、“偏斜”等。因此，沉井施工难度大、安全隐患突出；
（3）沉井工程施工专业性较强，水电工程中不常见，国内水电工程施工单位对沉井工程施工经验欠缺，施工进度、质量、安全可控性较低。
（4）工程处于老挝，当地天气炎热，尤其是枯水期，连日高温无雨。当地劳动力技术水平差。沉井施工需安排大量有专业施工技术和经验的国内技术工人，施工成本较大。
4、沉井施工技术
根据可行性研究报告，结合国内沉井施工经验，本工程沉井施工拟采用“枯期围堰挡水+干地边挖边沉边浇”的施工方法，即围堰挡水，创造干地施工条件，现场制作沉井，机械开挖出渣的施工技术。
4.1施工程序
因本工程沉井呈线性布置，共2418个沉井，拟分两序作业，Ⅰ、Ⅱ序间隔布置，先施工129个Ⅰ序井，待Ⅰ序井全部下沉到位后开始Ⅱ序井施工。每个沉井施工程序相同，即：沉井平台基础处理混凝土垫层施工钢刃脚安装沉井制作沉井下沉沉井封底填芯混凝土浇筑相邻井间灌注桩封口。
4.2基础处理
在枯水期围堰填筑及防渗体施工完成后，进行沉井施工平台填筑，施工平台宽度55m，采用石渣填筑，分层碾压，确保基础稳定。
4.3混凝土垫层
在基础碾压平整后，沉井基础垫层采用20cm厚现浇素混凝土，强度达到设计要求后，砌筑砖胎模，并安装钢刃脚。
4.4钢刃脚
沉井刃脚是井壁下端形如楔状的结构，其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉，刃脚一般采用钢结构护脚，以防止刃脚损坏。刃脚高度为3.5m，采用20mm厚钢板焊接。
4.5沉井制作
沉井井身为钢筋混凝土结构，分层浇筑，第一节沉井浇筑高度为3m～5m，第二节沉井浇筑高度为6m～8m。
4.6沉井下沉
本工程拟采用排水下沉法施工，即通过围堰挡水后，先对一期基坑进行井点排水，保证干地施工，在沉井内采用人工及机械开挖取土，通过垂直吊运设备将开挖料运至井外，沉井依靠自重逐渐下沉的施工过程。在下沉过程中，出现“不沉或下沉困难”时，应采取“触变泥浆法、空气幕法”等助沉措施；出现 “偏斜、扭位”等现象时，应及时采取“单侧取土或加载、射水松土、爆破振动”等纠偏措施，保证沉井准确、顺利下沉。
4.7沉井封底
设计要求为保证沉井稳定，沉井底部入岩深度不小于0.5m，沉井全部入岩，待在达到设计要求后，将井底部岩石清理干净，在渗水排除后，及时采用C15混凝土对沉井底部进行封底。按设计要求浇筑封底混凝土。
4.8沉井填芯
根据施工总进度计划，第一年枯期时间紧，沉井工程量大，计划在第二年汛前必须完成沉井下沉及封底施工，为防止汛期沉井内部淤沙，沉井顶部设置防护钢盖板后进行防护，停止施工，河床过流。第二年枯期时再进行沉井内堆石混凝土填芯施工。
4.9沉井间封口
为防止沉井下沉时偏斜，相互之间影响下沉，在沉井间预留距宽度为2m，后期采用混凝土灌注桩进行封口，内部回填堆石混凝土，使沉井群形成整体结构。
5、沉井结构设计及施工建议
本工程沉井是关键项目，对施工总进度、首台机组发电节点甚至对工程成败有至关重要的影响。因此，在设计及招标阶段，应针对粉细砂地质条件下大型沉井群的结构设计和施工方法，深入开展研究工作，优化设计方案，选择合适的施工时段及施工工艺，保证工程质量和进度，尽量减小对主体工程施工进度的影响。结合本工程实际，对沉井提出如下建议。
5.1进一步优化结构设计
原设计沉井结构重量较大，致使下沉系数较大，下沉速度过快，因此有必要对井壁厚度进行优化。应根据摩擦力的计算结果，在保证结构安全的前提下，采取内或外台阶形式的井壁结构，减小沉井自重，有效控制下沉速率，同时可以节省混凝土量，降低工程造价。
5.2开展施工技术研究
由于沉井位于粉细砂层，最大深度约23.5m，沉井外侧枯期围堰亦坐落在粉细砂层之上，围堰的防渗处理难度较大（必要时可进行现场防渗试验），一旦渗水量大，随着沉井开挖深度的增加，沉井周边粉细砂在地下水压力作用下，极易发生“流砂”“流土”现象，导致沉井周边塌陷，沉井出现偏斜，严重时可能将沉井井身混凝土拉裂，造成严重的质量和安全事故。因此，应结合本工程粉细砂的特性，开展沉井下沉试验及不排水沉井下沉施工技术可行性研究，确定沉井分层高度，选择最优施工方案。
5.3合理安排沉井施工时段
根据招标设计方案，沉井工程属于主体工程项目，安排在主体标内，在工程主体开工后，即工程第一年汛后开始进行沉井施工，至第二年汛前完成沉井井身混凝土下沉及封底，井口采取保护措施后汛期停止施工，第二年汛后进行沉井井身填芯混凝土及上部纵向导墙混凝土施工，实现大江截流，至第三年汛前完成主体工程汛期围堰，开始基坑开挖及大坝混凝土浇筑。
沉井工程前期主要进行井身混凝土下沉施工，难度大，强度高，一旦无法按期完成，必将导致工程截流时间推迟一年的后果。鉴于沉井工程的单一性与专业性，与其它工程无交叉干扰，建议在工程筹建期阶段，沉井工程作为单独标段，与进场公路、砂石系统、施工电源等项目同步施工，虽然施工用电、砂石料等成本增加，但沉井提前一年施工，在工程主体工程开工后，沉井已全部下沉至设计高程，提前进行填芯及上部纵向导墙的施工，实现第一年大江截流的节点目标，较原合同工期缩短一年。
5.4选择有经验的专业沉井施工单位
沉井工程专业性较强，而国内施工能力较强的水电工程施工单位，对沉井工程而言，均属于非专业队伍。建议沉井工程作为单独标段进行专业招标，择优选择有沉井施工资质和成功经验的专业施工单位，确保沉井工程施工质量和安全，保证主体一期工程按期截流。
【关键词】沉井技术;大型混凝土结构;应用
随着科学技术的不断发展，在建筑工程施工领域里出现了很多新工艺和新技术，为工程建设实施提供了极大的帮助，大型沉井施工技术作为一种修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺，近年来经过施工人员的不断总结和完善，变得日渐成熟，成为了被广泛应用的一门施工技术，而许多大型混凝土结构工程恰好需要这种新型技术的支持与利用，因此，加强对沉井技术在大型混凝土结构下沉中的实践应用研究具有一定的现实意义。
一、沉井施工工艺的优势特点
正所谓：“知己知彼，方能百战不殆”，要想更好地将沉井施工技术运用到大型混凝土结构工程当中，施工人员首先应该了解这种施工工艺的优势特点，这样才能在实际的施工过程中把握准确，做到有的放矢，那么，对于沉井施工技术首先要说的是沉井的整体稳定性较好，由于利用自重下沉的方式，其基础可以埋置于很深的位置，能够承受较大的荷载能力，在施工中无须利用机械设备，加快了施工进度，提高了施工效率，例如：运用沉井施工技术相较于大型开挖工程，减少了对于土方的挖、运与回填量，其施工所需的时间及经济成本费用也大大降低，其次，沉井施工技术可以运用在各种复杂的地形及窄小环境中，在施工中对周围的建筑影响较小，并且具有一定的灵活性，如果沉井尺寸较大，也可以利用机械设施来完成其制作及下沉的过程。
二、沉井施工技术在大型混凝土结构下沉中的实施应用过程
（一）、沉井制作的控制技术
沉井制作的控制要点：刃脚基础、钢筋制安、模板制安、混凝土拌制及浇筑。
1、刃脚基础
沉井制作时的基础必须能有效承受沉井的自重，保证沉井制作时的整体性、安全性和稳定性，是确保沉井制作成败的关键，是沉井能否顺利下沉的先决条件。因此，对沉井制作时的基础必须进行计算和验算。
2、钢筋制安
钢筋制安分项工程作为提升泵站工程施工质量控制的要点之一，控制目标值如下：
⑴钢筋的绑扎接头应符合下列规定：
①搭接长度的末端与钢筋弯曲处的距离，不得小于钢筋直径的10倍。接头不宜位于构件最大弯矩处;
②受拉区域内，级钢筋绑扎接头的末端应做弯钩;、级钢筋可不做弯钩;
③直径等于和小于12mm的受压级钢筋的末端，以及轴心受压构件中任意直径的受力钢筋的末端，可不做弯钩，但搭接长度不应小于钢筋直径的30倍;
④钢筋搭接处，应在中心和两端用铁丝扎牢;
⑤绑扎接头的搭接长度应符合设计和规范要求。
⑵受力钢筋的绑扎接头位置应相互错开。在受力钢筋直径30倍且不小于500mm的区段范围内，绑扎接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率，应符合下列规定：
①受压区不得超过50%;
②受拉区不得超过25%;但池壁底部施工缝处的预埋竖向钢筋可按50%控制，并应按本规范规定的受拉区钢筋搭接长度增加20%。
⑶当钢筋采取焊接排架的方法固定时，排架的间距应根据钢筋的刚度适当选择。
⑷预埋件、预埋螺栓及插盘等，其埋入都 分不得超过混凝土结构厚度的3/4。
（二）、沉井下沉的控制技术
沉井下沉的控制要点：刃脚基础的凿除、土方的开挖和沉井的下沉。
1、刃脚基础的凿除
采用风镐以沉井平面中心点为对称凿除刃脚基础混凝土，随时观测沉井四角下沉情况，确保整体下沉均匀。
2、土方的开挖
采用人工以沉井平面中心点为对称开挖沉井内土方，随挖随运，随时观测沉井四角下沉情况，确保整体下沉均匀。
3、沉井的下沉
沉井下沉前必须对沉井整体稳定性、摩阻力、抗滑移、抗倾覆验算：
3.1、整体稳定的计算
整体稳定是指由于井内、外土体的高差达到一定程度后，井外土体在自重的作用下挤入井内而造成周围土体和沉井一起下沉。对软土地质应进行整体稳定的计算。如果验算不能满足要求，应采用搅拌桩或白灰桩对基底进行加固处理，处理后方可进行沉井的施工。
3.2、摩阻力的计算
沉井下沉时，作用在沉井外壁上的土产生的摩阻力及其沿井筒高度的分布情况，应根据施工现场工程地质水文条件、井筒的外形及施工方法确定。
3.2.1、极限摩阻力标准值的确定
施工现场各土层的极限摩阻力标准值应由勘察单位通过试验确定并提供勘察报告。没有勘察报告的可按土壤的类别按下表估算：
序号
土壤的类别
f（Kpa）
序号
土壤的类别
f（Kpa）
1
2
3
4
砂卵石
砂砾石
砂土
硬塑粘性土
18―30
15―20
12―25
25―50
5
6
7
可塑软塑粘性土
流塑粘土、粘土
泥浆套
12―25
10―15
3―5
注：当采用泥浆助沉时：取f=0.3―0.5KN/m2，当沉井外壁为阶梯形，在灌砂段可取
f=0.7―1.0KN/m2。
3.2.2土体作用在沉井上的摩阻力的计算
土体作用在沉井上的摩阻力可按下式计算： 1、筒柱形沉井
Tf=π∑Dhifi，
式中：D―沉井的外径（m）;
hi―i土层的厚度（m）;
fi―i土层的极限摩阻力标准值;对地面以下5米范围内为平均值（Kpa）。
2、外壁呈阶梯形
Tf=π∑D1h1ifi+0.6π∑D2h2ifi，
式中：D1―阶梯沉井下部的外径（m）;
D2―阶梯沉井上部的外径（m）;
H1i―阶梯下部i土层的厚度（m）;
H2i―阶梯上部i土层的厚度（m）;
fi―i土层的极限摩阻力标准值;对地面以下5米范围内为平均值（Kpa）。
3.3沉井下沉系数的计算
沉井按自重下沉时，计算公式如下：
G-Pfw/Tf≥Ks
式中：G―沉井自重（KN）;
Pfw―沉井承受的水的浮托力（KN）;
Tf―沉井外壁承受的土的总摩擦力（KN）;
Ks―下沉系数。Ks≥1.05，当沉井在软土层中下沉时，宜取1.05;在其他一般土层中下沉时，宜取1.15。
3.4沉井施工过程中的抗浮稳定验算
抗浮稳定验算应根据可能出现的最高水位进行计算，公式如下：
Kw=（G+0.5 Tf）/ Pfw≥1.1―1.25;
式中：G―沉井自重（KN）;
Tf―沉井外壁的总摩阻力（KN）;
Pfw―沉井承受的浮力（KN）;采用不排水下沉时，为沉井壁浸入水或泥水中的体积乘以水或泥水的比重;排水封底后，为沉井浸入地下水面的体积。
Kw―沉井抗浮安全系数。一般取Kw≥1.1―1.25。
总结
综上所述，大型沉井施工技术作为近年来受到认同并被大量应用的新型施工工艺，需要进一步通过不断的工程实践和研究来寻求发展和技术突破，将大型沉井施工技术应用于大型混凝土地下结构施工中，不失为一种有效的验证与改进这门施工技术的最好途径。在沉井的设计和施工中巧妙地应用这种技术，有利于实现建筑工程施工进度、降低施工安全风险、节约工程投资。希望通过本文的通篇论述，可以带给众多建筑施工人员更多的启迪与帮助，从而不断完善自身的施工技术水平，获得更大的经济效益。
参考文献
[1]杨秀林. 浅谈沉井技术在施工中的应用[J]. 中国证券期货，2012，03：272.
Abstract :In this paper , structural design and some design measures of the open caisson are mainly presented in the pumping station of a sewage treament project in the airport,It may be referenced by the similar project.
[关键词] 沉井 结构设计
Keywords: Open caissonStructural design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
本工程为广东省揭阳市某机场配套工程，同时也是机场污水处理站重要的构筑物。工程抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.15g；建筑场地为Ⅲ类；特征周期为0.45;建筑抗震设防类别为丙类；地基基础设计等级为丙级。提升泵站靠近已经建好的机场内道路。基坑支护大开挖施工提示泵站工程造价较大，工期较长，经比选采用沉井结构，二次浇筑提升泵站内隔墙和上部结构。提升泵站平面尺寸为14m×7m，埋地深度约为9m，上部为单榀框架结构。
2.地质条件
机场污水污水处理站位于潮汕平原西南，榕江流域中下游，根据《岩土工程详细勘察报告》，土层自上而下分别为：①素填土层：场地内均有分布，为新近填土。灰黄色，湿，稍压实，主要由碎石，角砾组成，含少量块石，粉粘粒含量10～20%，成分多为风化粉砂岩岩屑。层厚1.10～1.30m；②耕土层：主要由粘性土组成，呈深褐色、灰色，含少量植物根系，可塑状。层厚0.80～1.60m；③淤泥层：场地内均有分布，以淤泥为主。深灰色、灰黑色，流塑，土质较细腻粘滑，味稍臭，局部含贝壳碎片、腐殖质及朽木，普遍中下部夹薄层粉细砂。层厚9.70～13.80m，N=1~3；④粉质粘土层：棕黄色、浅灰色，可塑，刀切面光滑，土质粘韧。层厚1.90～5.80m，平均厚度4.06m，N=7~13；⑤粗砂层：以粗砂为主，局部为粉细砂。灰黄色、灰白色，局部深灰色，密实度变化较大，中密为主，局部密实，饱和，级配不良，含少量粘粒，局部含较多淤泥质。层厚1.80～6.70m，平均厚度4.57m，N=14.5；⑥淤泥质土层：灰黑色、深灰色，软塑状，土质粘滑，具臭味，含有机质，局部地区含较多腐殖质及朽木，局部夹薄层粉细砂。层厚1.50～9.90m，平均厚度4.58m，N=6；
鉴于提升泵站埋深约为9m，地质报告仅选用①～⑥层，钻孔深度约为35m。沉井主要所处土层为软弱土层。
3.结构设计
沉井的结构设计内容主要包括井体的厚度确定和施工方法选择、抗浮验算、下沉验算、地基承载力验算、井壁和底板计算和沉井构造措施。
3.1井体的厚度确定和施工方法选择
沉井井体的厚度确定取决于下沉需要，满足受力要求及适用性要求和抗浮要求[1] 。沉井井体有适当的厚度，能使在下沉过程中沉井可以依靠自重克服土层的摩阻力下沉到设计标高；在施工过程中和使用阶段，保证沉井具有足够的强度和刚度同时满足依靠自重来抗浮。根据工艺条件，通过试算和调整，沉井井壁厚度如图一所示，剖面图如图二所示。
图一沉井平面图 图二 剖面图（A-A剖面）
考虑到沉井所处土层渗水性不强，井内水量不大且排水不困难和工期要求采用排水下沉沉井施工，分两段浇筑，待达到设计强度后一次下沉(第一段高度5.5米，第二段高度4.7米)，C30素砼干封底(待砼达到强度时，才可以停止降水)。为防止沉井排水下沉引起靠近机场运输道路和地面土体塌方和下沉，在井壁外边线1.5m处施工一排φ500搅拌桩。
待沉井下沉到设计标高后，封底并底板施工完毕后，根据工艺条件要求进行提升泵站的内间墙二次浇筑，二次C20素混凝土找坡，浇筑顶板（板厚h=200）和施工上部结构。提升泵站如图三和图四所示。
图三提升泵站平面图图四 提升泵站剖面图
3.2抗浮验算（使用阶段）
根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137:2002）第6.1.4条规定[2]，沉井抗浮应按沉井封底和使用阶段验算。沉井施工阶段抗浮措施由施工单位自行考虑。在使用阶段结构总自重标准值Gk=10507kN，总浮力Fw,k=9730kN，抗浮系数kfw=Gk/Fw,k=1.08>1.0满足要求。
3.3下沉验算
为了保证沉井能顺利下沉，根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137:2002）第6.1.2条沉井下沉系数kst不应小于1.05。沉井自重标准值Gk=5404kN，由于采用排水下沉水浮力Ffw,k=0，井壁总摩阻力Ffk=4825 kN，经计算kst=（Gk－Ffk）／Ffk=1.12>1.05。如果kst>1.20时，还应验算下沉稳定，以防止沉井在软弱土层突沉或者下沉标高超出范围。
3.4地基承载力验算(使用阶段)
使用阶段提升泵站整体结构总重G=12054kN，底板基底反力为qk==123kPa。根据《建筑地基基础设计规范》第5.2.4条修正地基承载力特征值[3]，修正后地基承载力特征值fa=130kPa>qk=123kPa，满足要求。若地基承载力不满足设计要求时，应采取地基处理加固措施来提高地基承载力。
3.5井壁和底板计算
井壁计算模式可视为一个闭合的水平框架在外侧水平荷载作用下[4]，计算按沿井壁高度方向划分为两个区段（中间施工缝为界），水平荷载按各段下端0.5m内的平均值取值。闭合水平框架内力可以采用弯矩分配法或有限元分析。本工程采用理正软件计算，计算简图和弯矩图如图五、六所示。
图五计算简图（单位kN/m）
图六井壁弯矩图（单位kN.m）
沉井底板按双向板计算，四边简支。在使用阶段，底板计算荷载应取底板最大净反力和水浮力两者较大值。经计算，底板跨中弯矩标准值Mx=225 kN.m，My=199 kN.m。在配筋时，如果考虑封底砼的作用，配筋可适当减少。井壁和底板在使用阶段还须按正常使用极限状态验算裂缝是否满足要求。
3.6沉井构造措施
沉井刃脚形式有几种形式，选择刃脚形式要根据土质条件和下沉情况考虑，刃脚斜面与水平面夹角一般取50°～60°。如遇坚硬土层或者较厚卵石层宜在刃脚踏面上设置钢板护角。由于本工程场地土质为较均匀的软弱土层，故可以不设置，根据现场施工反馈信息，沉井采用的刃脚形式施工下沉时速度可控，垂直偏差极小，下沉位置和设计要求标高位置基本吻合。
沉井刃脚和底板连接须设置凹槽，在井壁位置预埋插筋与底板钢筋连接，防止底板渗水和保障底板有可靠的传力。由于机场整个场地地下水位比较高，刃脚内侧与封底混凝土接触部位和底板接触的凹槽须凿毛，使新旧混凝土结合紧密，防止污水外渗。
沉井井壁和二次浇筑提升泵站内间墙连接处设置凸槽，并预留φ16插筋，间距同内间墙水平钢筋间距。沉井井壁施工缝可凸槽或者预埋止水钢板。
4.结语
该机场于2011年12月中已经正式通航，同时污水处理站提升泵站也正式投入使用，运行正常。实践证明，在软土地区采用沉井结构施工方式是可行的，且比采用基坑支护开挖施工造价便宜；设计过程中必须重视系统的理论计算和加强构造措施。本工程实例可供类似工程的结构设计作参考。
参考文献
[1]给水排水工程结构设计手册（第二版）[M]中国建筑工业出版社,2007
[2]给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程（CECS 137:2002）
摘要：旧路加宽改造对提高既有道路等级和改善路网结构具有较高的技术 经济 价值。在旧路加宽改造工程的方案设计时需进行多方案的比选，同时必须综合 分析 各方案的地基沉降、路基稳定性、路基静载压缩变形、以及路基土行车荷载作用塑性累积变形等造成的路基表面的不均匀变形，以便采取可靠而有效的综合处治方案。
关键词：旧路加宽 土工合成材料 不均匀变形；
随着国民经济的快速 发展 ，道路 交通 运量迅猛增长，既有公路、城市道路等旧路加宽加铺改造工程也随着大量的付诸实施。对旧路进行加宽加铺改造时要特别注意：①新旧路基间的不均匀沉降以及新路基的塑性累积变形对路面结构响应的 影响 ，②新旧路基间的刚度差异对路面结构响应的影响，③面层反射裂缝的防治等。为此，在旧路加宽改造工程的实施之前必须进行先期的方案试验 研究 。通常可采用软弱地基处理、基底清淤换填、旧路路堤台阶开挖、土工合成材料加筋垫层和加筋土路堤、土工织物防渗和排水、改良土高强路堤和轻质路堤、铺设土工合成材料防裂层或增大加铺层厚度等工程技术措施。本文结合大齐（大庆～齐齐哈尔）公路加宽改造工程的实施，提出旧路加宽综合处治方案设计时的几点考虑。
1. 大齐试验路路基加宽方案设计的比选
1.1 大齐试验路的基本概况
1.2 大齐试验路路基加宽方案设计
根据大齐路现有路况、水文地质条件和可用的地方材料，综合考虑各种因素对路基刚度差异、不均匀沉降、侧向滑移和防水防渗的影响。经技术经济分析，分别在单侧和双侧加宽地段各选择了一个试验路段，共设计了7种方案进行试验研究。其中，单侧加宽试验路位于K74+600～K74+900，共3种方案；双侧加宽试验路位于K96+100～K96+400，共4种方案。
1.2.1 基本处治措施
⑴ 基底清淤与换填
⑵ 台阶开挖与构筑
1.2.2 旧路路基单侧加宽方案
方案一(S1)：二灰填筑方案，即：基底换填天然砂砾+土工网+天然砂砾+粉质土+土工网+粉质土+二灰。
在路基顶面以下1.0m范围内采用粉煤灰∶熟石灰=0.9∶0.1(质量比)的比例均匀拌和后填筑，以构成轻质路堤。二灰作为轻质路堤填料具有很好的工程性质：其后期强度高、整体稳定性好，能够有效地减小新旧路基间的刚度差；其自重荷载小，能有效地减小路堤因自重荷载作用而产生的压缩变形，对确保路基的容许工后沉降非常有利。
方案二(S2)：三层土工网方案，即：基底换填天然砂砾+土工网+天然砂砾+粉质土+土工网+粉质土+土工网+粉质土。
土工合成材料（本试验路用土工网）加筋路堤不仅可以增强新旧路基间的整体稳定性，而且还可以使新加宽路基的强度和刚度得到很大的提高，从而可有效地减小新旧路基间的刚度差异。土工合成材料还具有减小新加宽路基的不均匀沉降和侧向位移的作用，从而使得路基横断面上的沉降趋于均匀。
方案三(S3)：两层土工网方案，即：基底换填天然砂砾+土工网+天然砂砾+粉质土+土工网+粉质土。
根据工程实践经验，当路堤填方高度低于4.0m时，在新加宽路基中可只铺设2层土工网。但考虑到行车荷载在新旧路基结合部的局部荷载作用和路基顶部可能产生的滑动对路面的剪切作用，故在S2方案中铺设了3层土工网以进行对比试验。
1.2.3 旧路路基双侧加宽方案
方案一(D1)：粉质土填筑方案，即：基底换填天然砂砾+粉质土+不透水土工布+粉质土+不透水土工布。
在粉质土路堤的内部和顶面各铺设一层不透水土工布，可起加筋和隔离防渗的作用。由于不透水土工布的加筋作用可增强新旧路基间的整体稳定性好，减小路基的不均匀沉降；由于不透水土工布的隔离防渗作用，可防止垫层砂砾料的陷入，并能防止雨水浸入对路基的破坏，同时也可在一定的程度上减少路堤自身的压缩变形。
方案二(D2)：粉煤灰填筑方案，即：基底换填天然砂砾+粉煤灰+二灰+不透水土工布。
D2方案的地质条件相对较差，采用粉煤灰+二灰的轻质填料填筑路堤，不仅可以降低新路堤自重，减小路堤的压缩变形，而且还可以提高新路堤的强度和刚度，并可减小路基在行车荷载作用下的塑性累积变形。轻质填料路堤同时起到了减小新旧路基间刚度差异和不均匀沉降的作用，从 理论 分析和工程实践上来看，是旧路加宽方案中较为理想的一种综合处治措施。
方案三(D3)：砂砾填筑方案，即：自基底换填至整个路堤全填天然砂砾。
由于天然砂砾的渗水性填料，可以很好地将浸入路堤中的雨水排出，同时天然砂砾也具有很高的强度和刚度，有利于减小新旧路基间的刚度差，并可减小路基在行车荷载作用下的塑性累积变形。但天然砂砾由于自重较大，使得地基和路堤可能在自重荷载作用下产生较大的沉降和压缩变形，从而造成新旧路基间较大的不均匀沉降。
方案四(D4)：二灰填筑方案，即：基底换填天然砂砾+粉质土+二灰+不透水土工布。
D4方案的地质条件相对较好，采用粉质土+二灰的半轻质路堤，可使高新路堤的强度和刚度得到部分提高，并能减小一部分路堤的压缩变形和塑性累积变形，可作为与其它加宽处治方案的对比试验。
2. 旧路加宽的地基沉降与路基稳定性分析
在旧路加宽改造中，地基沉降和路基稳定性分析无疑是非常重要的。沉降的处理就是在路基施工过程中加速因新修路基而引起的地基沉降，或者采取有效措施控制路基由于剪切变形而产生的侧向位移，从而减小路基的工后沉降。对于稳定性的处理则必须增大新修路堤及地基的强度，提高其抗剪切变形的能力。
由均质粘性土填筑的路堤的稳定性根据Fellenius滑动圆弧法进行分析，路堤坍塌破坏时，其滑动面为一曲面，假定其为圆弧形，圆弧滑动面的位置用4.5H法确定。土工合成材料的加筋作用按在常规的圆弧稳定分析 方法 中增加一个拉力的办法进行考虑，把加筋力作为水平力施加于滑动土体，来 计算 其稳定性和确定加筋层数。
在旧路加宽改造工程中，由于新旧路基的固结程度不同，将会导致路基的横向不均匀沉降，从而造成路面的开裂破坏。因此，必须准确掌握加宽路基的最终沉降量及固结度，并验算其剩余沉降量是否满足工后沉降量的要求。在沉降分析中，可假定旧路路基下的地基已趋于完全固结，采用分层总和法计算新加宽部分路基的地基总沉降量。
3. 旧路加宽的路基土压缩变形分析
路基土在其自重和路面结构等静荷载作用下的变形主要表现为土体的压缩变形，可通过室内试验测定土的相应变形指标，选取适宜的力学模型采用有限元法分析路基土的应力状态，从而得到路基与地基的总变形量、不均匀变形量、不均匀变形范围以及变形与时间的变化关系等控制指标。
在路基土压缩变形的有限元法分析中，将新填筑的路基土视为弹塑性材料，采用邓肯非线性模型。而将旧路路基视为弹性材料，将土工织物视为线弹性材料，按平面应变 问题 求解。其中，路基和地基采用平面四边形等参单元、土工织物采用接触面单元、路面结构层采用弹性梁单元进行模拟，假定土工织物与土体的界面间无相对位移，采用如此所示的有限元分析模型。
4. 路基土在行车荷载作用下塑性累积变形的探索 分析
路基土作为一种非线性弹-塑性变形体，在行车荷载作用下除产生弹性变形外，还会产生部分不可恢复的塑性变形。塑性变形会随着行车荷载作用而逐渐累积，在行车道中央轮迹带范围内的路基土所承受的荷载较大，荷载作用次数也较多，因此产生的塑性累积变形也较其它位置要大，从而导致路基的不均匀变形。
路基土塑性累积变形可采用如下的 计算 方法 ：①沿深度方向将路基土划分为若干个子层，运用三变量塑性应变方程分别计算各个子层的塑性应变；②根据路基土某一子层塑性应变的大小和厚度得出该层的塑性变形；③采用分层总和法将不同深度处各子层的塑性变形累加得到路基土顶面某一点处的塑性累积变形；④综合考虑水平方向不同位置荷载在同一计算点所引起的塑性变形的叠加，得出路基土顶面某一点的最终塑性累积变形。
因此，可采用如下的计算公式进行路基土的塑性累积变形的分析。
式中：δp——计算点处路基顶面总的塑性累积变形；
fj——第j个轴载作用位置，fj代表轴载在该位置出现的概率，共有p个作用位置；
δjp——第j个作用位置处的轴载在计算点处产生的塑性累积变形；
i——第i个计算子层，hI代表该子层的厚度，σis代表该子层土的静态抗压强度，共分n个子层；
εijp——处于j位置的轴载在第i个计算子层内产生的平均塑性应变；
σijd——处于j位置的轴载在第i个计算子层内产生的平均偏应力；
Ni——代表第l个车道累计标准轴载作用次数；
a，m，b——回归系数，称为永久变形参数。
计算深度取决于容许误差的大小，可通过控制应力比(σd/σs)的衰减程度来确定。如可采用应力比(σd/σs)的衰减至10%时的深度作为计算深度。如果取固定的计算深度和等层厚可使计算得到简化经过这样处理得出的计算结果仍能够满足要求。
5. 旧路加宽试验路的观测测试
在旧路加宽改造工程中需进行必要的现场观测测试，以便掌握地基和路基的沉降与变形，以及路基土体内应力状况。在试验路单侧加宽段的每个横断面均埋设了6对沉降板和土压力盒，双侧加宽段各埋设了5对沉降板和土压力盒。
沉降板的埋设位置是根据观测总沉降量、分层沉降量和横向不均匀沉降的要求来确定的。埋设在天然原地面的沉降板主要用来测量地基的沉降量；埋设在加宽路基不同高度上的沉降板，主要用来测量新路基自身的分层沉降量；埋设在新路基横断面表层不同位置的沉降板，主要用来测量新路基表层的横向不均匀沉降。
土压力盒均埋设在沉降板的一侧，可用来了解在路堤填筑过程中及路堤填筑完成后的土压力变化状况、沉降与土压力间的相互关系等。
6. 结束语
⑴ 旧路加宽处治的方案很多，各种方案都具其自身的优缺点和适用条件。在进行具体的方案设计时，要对各种方案进行充分的 研究 ，然后综合考虑具体工程的地质条件、道路等级标准和使用要求、现场施工条件，以及对周围环境的 影响 等因素，选择最适宜的方案。
【关键词】市政道路工程；软土地基；沉降处理；设计
1 市政道路软度地基勘查
虽然软土地基处理是以工程地质勘察报告所总结的按标段的分层试验成果统计表和土工试验成果总表作为设计依据的，但是对天然地基土来说，就算是来自同一分层土的取样，其试验指标也通常存在很大的差异，这种情况不可全部归因于试验误差，这是反映了各个土样自身性质的差异。经过多个市政道路工程的实践表明，在对全标段沉降进行计算时，这种代表性压缩曲线或分层统计指标的实测成果和计算结果存在的差别较大，甚至在很大程度上失真。选用合理的勘探思路特别重要，这样可以使因土体性质差异导致的计算偏差减少。
实践中可以结合技术孔，使用较多的鉴别孔进行勘察，采用具有良好性能、操作简单的鉴别孔对全线的软土层尤其是变化复杂的土层地段进行具体划分，选用静力触探或十字板等试验对软土层的范围及深度进行确定，将某项土性的参数测定好。而控制断面的原状取土孔则采用技术孔，利用各项土工试验把各土层的物理力学特性掌握清楚，从而确定基础的设计参数。应在土层变化复杂的地段或构造物（通道、涵、桥）选取技术孔的位置。
2 软基处理方法与条件
常用的市政道路软基处理方法包括水泥搅拌桩、堆载预压法、抛石挤淤法及换填法。通常是按照软土的厚度采用不同的方法：
2.1 水泥搅拌桩或堆载预压法的使用条件：软土的厚度大于4.0m。复合水泥搅拌桩地基处理的造价较高但工期短；堆载预压法的造价经济但工期长。一般使用水泥搅拌桩对桥头过渡段进行处理，使用排水固结堆载预压法进行大范围的深厚软土处理。
2.2 抛石挤淤法的使用条件：软土厚度的在2.0-4.0m之间。应在抛填片石时挖除隆起的淤泥，完成抛填后使用重型振动压路机碾压。
2.3 换填法的使用条件：软土的厚度小于2.0m。挖除全部软土，对路基土分层进行碾压填筑直到交工面。使用开山石作为处在地下水位之下的填料。
3 市政道路软基的设计与计算
3.1 设计堆载预压
堆载预压分为超载预压和等载预压。当预压荷载超出将来的永久使用荷载时就为超载预压，当等于将来的永久使用荷载时就为等载预压。相比等载预压而言，超载条件下实现相同沉降量的预压时间要短，可以在很大程度上将工期缩短，所以，设计预压力时往往会使用一定比例的超载。
3.2 设计排水系统和竖向排水体
堆载预压排水固结法的排水系统的构成成分包括：集水井、碎石盲沟、砂垫层和竖向排水体。竖向排水体是为了将排水距离缩短，使土层固结加速，它是由人工设置的排水通道。普通砂井，袋装砂井，塑料排水板等是竖向排水体形式所经历的一些发展阶段。当无法对塑料排水板进行施工时才采纳袋装砂井，例如施工场地上方有架空高压线。塑料排水板内部是聚丙烯或聚乙烯加工成的多孔道板带，外包土工织物滤套，具有渗透和隔离土颗粒的功能。在软土地基中水平方向设置排水通道，竖向设置塑料排水板，再分级在地面堆载预压，排出土体中的孔隙水，使地基沉降，逐渐使地基土固结，从而提高地基的稳定性和承载力。
3.3 固结沉降计算
3.3.1 沉降计算可分为次固结沉降、固结沉降和瞬时沉降：
（1）
式中，Sa、Sc、Sd、S分别是次固结沉降、固结沉降、瞬时沉降和总沉降。主要在淤泥层存在次固结沉降，它可以根据土层厚度、道路使用时间、主固结完成时间和土层的次固结系数进行计算：
（2）
式中，t0 是完成主固结的时间，t1 是道路使用时间，e是孔隙比，h是淤泥层的厚度，Ca是次固结系数，Sa是次固结沉降。瞬时沉降是土体产生剪切变形时发生的沉降。因为在大面积均载作用下的剪切变形很小，所以可以忽略瞬时沉降的计算。使用分层总和法计算主固结沉降，划分整个压缩土层，分为厚度适当的分层，然后对各分层的沉降量进行计算最后求总和：
（3）
式中，Si是分层固结沉降，Sc是主固结沉降。可以按照土层的压缩指数和固结状况、附加应力的大小来计算淤泥质土和淤泥的沉降，利用压缩模量或压缩系数，按照土层应力的变化情况来计算其它沉降。
3.3.2 可以根据径向排水固结度和竖向排水固结度来计算软土固结计算中竖向排水插板的平均固结度，它们的关系如下：
（4）
式中，U1、U2 分别是径向、竖向的排水平均固结度，U是土层的平均固结度。
4 沉降处理措施与设计
4.1 推算最终沉降量
一定要重视沉降观测的精度以及沉降杆、板的连接和埋设效果，以提高推算结果的质量。当加载值达到总荷载值（包括路面荷载在内）后，一定要维持恒压三个月以上，在该阶段实测所得的2-3次精度较高的沉降观测成果就能作为推算和外延的依据。根据收敛规律选择推算方法，最终沉降量的推算通常使用指数法或双曲线法，这样所得的理论较为合理。具体操作时，由于观测沉降的资料不连续、施工过程导致观测点破坏等各种原因，最终沉降量的推算可以使用较为方便的沉降速率控制法来进行。
4.2 动态控制沉降的方法
一定要确定合理的控制标准，从而确保路面铺筑一次成功，路面工程的厚度变动最小以及各结构层的施工厚度，这样才能有效的在路堤施工的全过程中实施动态控制。具体控制可以根据3-4等水准测堆精度的月沉降速率进行。在填筑路堤阶段，为了尽力减少附加沉降量，应该对填筑的速率进行控制，使其适应于地纂的固结速率。针对桥头路堤，可把原地面每昼夜的沉降速率控制在5mm内；针对普通路堤，孔隙水压力系数应≤0.6或原地面的沉降速率应
5 工程实践
某市政道路工程中桥头路堤的过渡段使用的是复合水泥搅拌桩地基，使用超载预压辅以塑料板排水固结处理全线软土。根据上文提出的控制沉降标准对道路进行施工，工程完成三年后，七十个沿全线设置的软基路堤观测点所测到的数据如表1所示：
6 结束语
对于市政道路工程而言，尤其重要的就是对路堤的施工全过程进行沉降动态观测，上文所介绍的控制沉降标准，超载情况下8mm/月，等载情况下路段5mm/月、桥头3mm/月，可以使工后沉降量得到有效的减少，同时保证路面结构层施工厚度的变动量最小，从而确保道路工程质量。此外，采取合理的地摧处理方法，选用适合的勘探手段，能够事半功倍的对道路工程进行设计和施工。
参考文献：
[1]王海明,叶佰建. 软土路基施工技术探讨[J]. 山西建筑, 2007,(01) .
关键词：桩基；静载试验；抗压承载力；试验荷载；Q～S曲线；S～lgt曲线
随着经济的快速发展，城市可利用土地也日益减少，因此，建筑物的高度向着更高的方向发展，高层建筑也越来越多。桩基础是一种被高层建筑普遍采用的基础形式。但由于桩基深埋于地下，隐蔽性极强，为保证桩基安全可靠，因此，桩基的检测是十分必要的。单桩竖向承载力一直是桩基检测的重要环节。确定单桩竖向承载力的方法有很多，但目前静载试验仍是确定桩身承载力最直接、最可靠的方法，应用也最为广泛。
1工程概况
某工程总建筑面积为27611m2，包括了19层主楼及地下室。该建筑采用钻孔灌注桩基础，桩总数252根，桩身直径最长为Ф1000mm，最短为Ф800mm，混凝土强度等级为C30～C40。
2单桩竖向抗压静载试验
为了检测桩基单桩竖向抗压承载力，对本工程的5#桩、8#桩和13#桩进行单桩竖向抗压静载试验，基本参数如表1所示。
表1 试桩基本参数
本次试验依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），试验方法采用锚桩反力法，用四锚桩配合“工”字形反力梁提供试验反力，采用慢速维持荷载法进行。
2.1试验设备
全自动基桩静载仪1台；8000kN千斤顶1台；压力传感器1只；位移测量容栅式数显百分表2只；主梁采用7000mm×800mm钢梁2根；位移测量基准梁采用4000mm×60mm方钢1根；超高压油泵站一个。该设备总加载能力不小于8000kN。
2.2竖向抗压试验桩制作
试验桩按照设计图纸施工，桩帽进行特别制作，为节省工期，可在桩身混凝土浇筑时一次成型，但应注意清除浮浆。
2.3锚桩制作
配合单桩竖向抗压静载试验的4根锚桩桩身尺寸按照原设计图纸施工，桩顶标高按照设计图纸施工，钢筋笼纵筋应高出自然地面不少于500mm。在试验时要对锚桩上拔量进行监测，试验前对钢梁应进行强度和刚度验算，并对锚桩的拉筋进行强度验算。
2.4试桩、锚桩平面布置示意图（如图1A）
2.5主梁支承墩基制作（如图1B）
图1
图中为试验大梁支承墩基，其底面积为4000×900mm2；“U”形墩基的中间部分比试验桩桩顶高660mm，两端部分比试验桩桩顶高1920mm；支承墩基用机制红砖、水泥砂浆砌成，自然养护10d，支承墩基基础应夯实。
2.6荷载分级
本次静载试验的单桩竖向抗压承载力特征值设计要求为2700kN～3600kN，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），最大试验荷载为单桩竖向抗压承载力极限值5#桩、13#桩为5400kN，8#桩为7200kN，当保证桩身混凝土不被破坏时，可再施加0.5～1级荷载。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），每级加载量为预估极限荷载的1/10～1/15，第一级可按照2倍分级荷载加载。
表2单桩竖向抗压静载试验荷载分级表（荷载单位kN）
本次试验首级加载量取最大试验荷载的2/10，以后各级取最大试验荷载的1/10。实际荷载分级如下。本工程单桩竖向抗压静载试验，在试验加、卸荷过程，沉降观测时间间隔及相对稳定标准还有终止加载条件都执行《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的规定。
3试验结果及分析
3.1单桩竖向抗压静载试验结果
本工程单桩竖向抗压静载试验结果汇总表（见表3）。
表3各试验点结果汇总表
本次单桩竖向抗压静载试验Q～S、S～lgt曲线（见图2）。
图2单桩竖向抗压静载试验Q～S、S～lgt 曲线
3.2单桩竖向抗压承载力的确定
本次试验单桩竖向抗压承载力的确定方法遵循下列原则：
①根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q～S曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。
②根据沉降随时间变化的特征确定：取S～lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级荷载。
③某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h未达到相对稳定标准时，取前一级荷载。
④对于缓变型Q～S曲线可根据沉降量确定，宜取S=40mm对应的荷载值；当桩长大于40m，时，宜考虑桩身弹性压缩量；对于直径大于或等于800mm的桩，可取S=0.005D（D为桩端直径）对应的荷载值。
⑤当按照上述4款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压承载力应取最大试验荷载值。
3.3试验结果分析
①从5#桩的单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线上可以看出，当荷载最大加至5400kN时，桩顶最大沉降量为34.42mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.92mm；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为29.33mm，最大回弹量为5.09mm，回弹率为14.8%；从S～lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求，为避免桩身混凝土受压破坏，试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果，并依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN，该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。
②从8#桩的单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线上可以看出，当荷载最大加至7200kN时，桩顶最大沉降量为35.07mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.21mm；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为29.68mm，最大回弹量为5.39mm，回弹率为15.4%；从S～lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求，为避免桩身混凝土受压破坏，试验加载至7200kN稳定后停止加载。根据试验结果，并依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载7200kN，该桩的竖向抗压承载力特征值不小于3600kN。
③从13#桩的单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线上可以看出，当荷载最大加至5400kN时，桩顶最大沉降量为32.64mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.04mm；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为28.05mm，最大回弹量为4.59mm，回弹率为14.1%；从S～lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求，为避免桩身混凝土受压破坏，试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果，并依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN，该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。本工程检测的3根试验桩的单桩竖向抗压承载力特征值分别为：5#桩为2700kN；8#为桩3600kN；13#为桩2700kN，均满足设计要求。限于本文篇幅，8#桩与13#桩的Q～S、S～lgt曲线不再一一介绍。
4结语
虽然单桩竖向抗压承载力静压试验耗时长、成本较高，但其直观性和可靠性是其他检测方法无法比拟的。但需要注意的是，在严格执行国家规范的同时，针对特殊地区，必须认真研究和加以解决，才能使单桩静压试验客观地、科学地反映桩基工程的特性。
参考文献
【关键词】软粘土；地基；沉降计算
1.软粘土地基的工程特性分析
目前我国展开大规模建设的沿海地区，分布着大面积的软粘土地基。所谓软粘土地基，即是由淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土以及其它高压缩性土组成的地基。这类土一般具有以下的一些工程特性:土的抗剪强度很低 ；土的压缩性较高；土的含水量较高，孔隙比较大；软粘土的渗透性较差；软粘土具有明显的触变性；软粘土具有明显的流变特性。
2.软粘土地基沉降变形机理分析
天然土体一般是由矿物颗粒构成骨架体，再由孔隙水和气填充骨架体孔隙而组成的三相体系。七颗粒压缩性很小，一般都认为其不可压缩。因此，土体的变形是孔隙流体的流失以及气体体积的减小、颗粒重新排列、粒间距离缩短、骨架体发生错动的结果。
3.软粘土地基常用沉降计算方法分析
地基沉降的计算方法可以分为四类:（1）弹性理论法，也称直接法;（2）工程方法，也称间接法;（3）经验公式法;（4）数值分析法。
弹性理论方法立论严谨，对于弹性的、均质的、各向同行的半空间体，其数学解精确，但软粘土地基而言，其本构方程有时与实际不符，因而其计算结果与实测结果有较大差异，主要用于瞬时沉降量的计算。
工程方法包括压缩仪法、Skemptm-Bjerrum法、应力路径法、状态边界面法等;这些方法仍利用弹性理论来计算地基中的附加应力，而土的应力-应变关系则取自试验(间接法)。它应用最广，其计算结果为瞬时沉降和固结沉降之和。
第三类方法包括经验和半经验公式，利用原位测试结果来推算地基的沉降;数位分析方法主要有有限元法、有限差分法和集总参数法等。
3.1瞬时沉降量的计算方法
在剪应力作用下，地基内会产生剪切变形及侧向挤出引起附加沉降。实际上，此项沉降量也是随着路堤的填高而增大，越接近极限高度，增长的数值越大。如地基受到显著扰动时，此项沉降增加得更多。通常都是根据固结沉降量的计算结果进行修正来确定最终沉降量，而没有专门的合适的方法来计算这项沉降量。日本及我国铁路系统也曾提出过经验关系式，从表达形式上看，考虑的影响因素似嫌简单，一般地，我们用弹性理论公式法来计算。弹性理论公式法是用弹性理论公式来计算建(构)筑物的沉降，然后再考虑地基中由塑性开展区的校正方法。
3.2主固结沉降量的计算
3.2.1传统分层总和法(单向压缩法)
分层总和法有如下假定:①少权缩时地基不能有侧向变形;②根据基础中心点下的土的附加压力进行计算;③基础最终固结沉降量等于基础底面下压缩层范围内各土层压缩量的总和。
分层总和法将压缩层范围内的土层分成n层，应用弹性理论计算在荷载作用下齐土层中的附加应力，采用侧限条件下，即单向压缩条件下的压缩性指标，分层计算各七层的压缩量，然后求和得到压缩层范围内的总沉降。单向压缩法中，附加压力一般取基础轴线处的附加应力值，以弥补采用该法计算得到的沉降偏小的缺点。由于附加应力沿深度方向的分布是非线性的，为避免产生较大的误差，计算中土层的分层不宜过大，建议一般每分层的厚度不超过基础宽度的0.4倍。
3.2.2规范推荐法(修正的分层总和法)
用单向压缩法计算地基最终沉降量时，由于理论上作了一些与实际情况不完全符合的假设以及其它因素的影响，计算值往往与实测值不尽相符，甚至相差很大。为此，可以根据传统的分层总和法原理，将计算方法加以简化。分析沉降观测资料表明，可以采用修正系数来反映沉降量计算值与实测值的差别，对计算结果进行修正。修正系数综合考虑了沉降计算中所不能反映的一些影响因素，诸如土的类型不同、选用的压缩模量与实际有出入、土层的非均质性对应力分布的影响、荷载性质的不同与上部结构对荷载分布的调整作用等。
3.2.3考虑先期固结压力计算固结沉降量方法
现场的软粘上在其地质历史上一般受过前期固结压力的作用，由于土层的变动、河流的冲刷等原因，这一压力不一定等于目前现场的有效应力。为此，可将粘土分为三类:①正常固结土;②超固结土;③欠固结土。在沉降计算中应考虑先期固结压力的影响，当土体处于不同的状态时要求采用不同的压缩性指标计算沉降量。
3.2.4考虑侧向变形的固结沉降计算
利用e-lgP曲线来计算沉降，对正常固结、超固结和欠固结粘性土，可分别对待，这似乎比利用e-P曲线计算沉降前进了一步。实际上，地基中的土受到附加应力后，变形并不是如前所述的那样简单，也不是象在固结仪中简单地沿一个垂直方向压缩，侧向变形对固结沉降的影响很大，特别是当地基中粘性土层的厚度超过基础面积的尺寸时，这种影响更大。对此，我们可以利用半径法来解决。
3.2.5应力路径法计算沉降
为了更好地考虑侧向变形对垂直沉降的影响，我们可以使用一个更为方便的方法，根据地基土体所经过的应力路径计算上体的压缩量。在这种方法中，估计和模拟所选单元的应力路径要与室内试验尽可能接近。常用的应力路径法有两种:①采用室内试验模拟现场有效应力路径法;②应变等值线法。
第一种方法的基本思路是:①根据弹性理论计算出各典型单元应力路径;②按照计算所得的应力路径进行三轴试验，并视现场条件确定排水条件，测量竖向应变量;③将实测竖向应变乘以相应土层厚度，计算沉降量。该方法的优点是能较好地模拟实际应力路径的影响;缺点是采用弹性理论计算得到的应力路径同地基中的实际应力路径有一定的误差，按照规定的应力路径试验比较复杂，且有一定难度。
应变等值线法的基本思想是:①通过一系列的三轴固结不排水剪切试验(CIU试验)，得到等轴向应变图。对正常固结粘土，等轴向应变线同等强度发挥应变线重合，均为过原点的直线;②将由弹性理论计算得到的总应力路径转化成有效应力路径画在等轴应变图上；③不排水加荷载阶段的竖向应变和孔隙竖水压力消散固结过程部分的竖向应变可以由等轴向应变图求得；④土体总的竖向应变即为上述两部分竖向应变之和，然后将应变乘上土层厚度即可得到土体的竖向固结变形量。
3.3次固结沉降量的计算
许多室内试验和现场量测的结果表明，次固结的大小与时间的关系在半对数纸上接近为一条直线，发生在主固结之后。若地基土由可塑性大的土或有机土组成，次压缩沉降必占地基总沉降中很可观的一部分。
除了以上的一些方法外，沉降量也可以通过原位试验来估计，常用的有平板载荷试验法、静力触探法、标准贯入试验法和旁压试验法。也可以通过现场实测资料来推算总沉降，比如对数曲线法、Asaoka切法、双曲线法、灰色系统理论、遗传算法等。有限元法、有限差分法和集总参数法等数值计算方法也越来越多地应用到地基的沉降计算中。
【参考文献】