浅谈软土地基的沉降量计算

王英明，曾建荣

(1. 中铁十三局集团第四工程有限公司;2. 赣州诚正公路工程监理公司)

软土地基在路堤填土荷载作用下的沉降可分为施工期间沉降和施工后沉降两部分。分析这两部分沉降量时，通常先将软土地基划分为若干个土层，分别为各个土层确定性质指标代表值和所承受的应力值，计算各土层的沉降量后，便可求总和得到总沉降量，此法称为多层总和法。

土层划分依据钻探(触探)和土工试验资料进行，按软土层厚、土质类别、土的物理力学性质指标沿深度的变化等因素确定。但即使软土层厚或土层构造复杂，最多也只宜分为5 ～6 层。

沉降计算时，各土层的物理力学性质指标值以该土层试验结果的平均值表示。路堤填土在各土层中引起的附加应力，以该土层厚度的中点(即切可深度)的附加应力为代表。

路堤填土可视为梯形荷载，它在软土层内不同深度z 处产生的附加应力Δp 可按下式确定

式中:γ 为填土的重度(kN/m3);H 为填筑的高度，m;I 为随路堤断面尺寸α/z 和b/z 而变的影响系数，可由图1 确定，图2 所示为不同路堤断面形状和计算点位置时，应用图3 确定系数I 的方法。

图1 路堤填土引起的土中竖向应力计算用图

1 施工期间沉降计算

路堤填筑期间，软土地基的性状经历两个阶段变化。初期阶段，由于土层处于不完全饱和状态或者处于超固结状态，土的可压缩性较低，土中孔隙水压力的增长低于填土压力的增长，如图2 所示(图2 中，孔隙水压力增量Δu 和填土压力增量Δp 的比例系数，在初期阶段小于1)。当填土达到一定高度，其有效压力大致等于土的先期固结压力Pc时，软土的性状进入后期阶段。这时，软土处于正常固结状态，土中孔隙水压力随填土压力同步增长。如图3 中所示，系数接近于1。软土的沉降是由处于不排水状态的塑性流动所产生，利用孔隙水压力观测结果，可以按图3 中所示确定划分初期和后期阶段的填土压力或填土高度Hc。或者，也可利用固结试验结果，按先期固结压力Pc确定临界填土高度H。

图2 不同路堤断面形状和计算点位置时应用图1 的方法

施工期间的沉降量由两部分沉降所组成:初期阶段的再固结沉降Sr和后期阶段的不排水剪切沉降Su。再固结沉降可近似地假设为由软士层的一维竖向应变所导致，可以利用固结试验结果，由再压缩指数Cr计算确定。也即当路堤的附加应力Δpi＜(pci－poi)时

而当ΔPi≥(Pci－Poi)时

式中:hi为软土层第i 分层的厚度，m;eoi为i 层士的初始孔隙比;Cri为i 层士的再压缩指数，由压缩试验确定;Poi为i 层土的初始有效压力，kN/m2;Pci 为i 层土的先期固结压力，kN/m2，由压缩试验确定。

Pc和Cr是由固结试验得到的，试验方法通常规定逐级加载24 h。由于处于超固结状态的 土的主固结往往在30 min 内就完成了，因而按加载24h得到Cr值偏高。经验表明，按主固结标准定的Cr值约为24 h 值的。或者，也可把加载时间减少到主固结结束，据此确定Cr值。

图3 施工期间孔隙水压力和沉降量随填土压力的变化

初期阶段的再固结沉降

Sr通常小于软士层厚的2%。

后期阶段的不排水剪切沉降Su是由正常固结黏士的塑性流动所产生，因而不能用弹性理 论分析，而用弹、塑性流变定律分析又太复杂，根据一些工程的观测资料，可归纳出经验关系式以供参考。

式中:H 为路堤填筑高度，m;Hc为地基士变成正常固结时的路堤高度，m，可按下式确定

B1为初期阶段孔隙水压力增量Δu 同填土附加应力Δp的比值，在软土层不同深度z 处的分布可近似采用下式计算

D 为软土层厚度，m。

2 施工后沉降计算

路堤填筑完成后，软土层处于正常固结状态，作用在软土层上的总的竖向压力基本保持不变，而有效竖向压力则随着孔隙水压力的逐步消散而增加，软土层相应地逐渐完成其固结过程。施工后沉降便可利用固结试验得到的压缩指数计算确定

式中:ΔPi为路堤填土荷载对软土层i 分层引起的有效压力增量，kPa。

施工后主固结沉降的总量便为

主固结结束时，土中孔隙水压力已基本消散，但压缩变形仍随时间的增加而继续缓慢增长。这是由于集料的结构黏滞性所引起的次固结。这部分沉降量可以利用固结试验得到的次固系数计算确定

式中:D 为软士层厚;tp为固结度达95%所需之时间;t 为路堤的使用寿命。