深厚软土固结滞后性与工后沉降关系浅析
摘要：软土的工后沉降是软基处理的关键技术问题之一。传统理论认为，软土工后沉降主要由次固结沉降组成。本文在前人研究的基础上，通过对广东沿海某高速公路软土路基施工及运营期10年的沉降监测数据进行分析，发现深部软土的固结具有明显的滞后性；通过反分析计算，认为深厚软土地基过大的工后沉降往往由软土滞后的主固结引起。
关键词：深厚软土，工后沉降，次固结，固结滞后性，主固结
一．前言
工后沉降是指工程施工结束后发生的沉降，或道路设计年限与预压期的沉降差。工后沉降是软土地区工程建设的关键技术问题之一。传统理论认为，软土地基的工后沉降主要由次固结沉降组成。
目前，对于软土次固结对总沉降量计算的影响，在认识上还存在较多的争议。倪一鸿[4]分析了京津塘高速公路次固结变形，认为次固结占总沉降的9%~13%；杭甬高速公路软基试验段[1]得出的结论是次固结与瞬时沉降占总沉降的10%~40%；广东航盛岩土公司[2]总结珠三角多条高速公路的建设软基处理经验，认为次固结沉降占总沉降的20%~40%。而根据室内试验的结果，次固结沉降占总沉降的比例一般不超过5%。由此可见，不同专家对不同工程的次固结分析计算有较大的差别，而实际工程中的工后沉降占总沉降的比例又比室内试验观察到次固结沉降占总沉降的比例普遍大很多。造成这种差异的原因，有学者认为主要在于土体本身的差异，如有机质含量的大小等；有学者认为与土体应力大小有关，包括先期固结压力与加荷比等；还有认为主要是尺寸效应的影响，实际工程中土层的厚度与试验室的模型差异很大，排水途径也是数量级的差别。
二．软土固结滞后性的相关研究
为验证这一问题，本文选取了广东沿海某高速公路软土路基施工及运营期10年的沉降监测数据进行研究。研究的断面均位于深厚软土地基上，软土平均厚度大于10m，最大工后沉降达583.51mm。
图1为该工程典型断面的孔压时间曲线，数据标明，在预压2年后，深层超静孔隙水仍处于较高的水平，浅层孔压消散状况较好。
图1典型的孔压-时间关系曲线
表1为典型断面工后沉降观测数据，施工时采用堆载预压处理法，预压两年，至2001年11月结束。
图2为其中一个断面的工后沉降曲线，这个断面的工后沉降不断发展，收敛非常缓慢，在施工期结束5年后，每年仍发生约10mm的沉降。
综合孔压、沉降的观测数据，可以认为，浅部土层孔压消散快，固结度较高，深部土层孔压消散慢，固结度较低。深部土体固结速度远远滞后于上部软土，在施工预压期间未完成主固结，因而造成过大的工后沉降。
可以对k16+705、k16+755、k16+805断面进行反分析，若假定附加应力影响范围内软土的固结同步进行，根据一维固结理论计算结果，预压结束时几个断面固结度均已达100%，其工后沉降主要由次固结沉降组成，可根据次固结系数计算工后沉降。相应的计算见表2。从表中可看出，至2008年7月，k16+755、k16+805断面的实际工后沉降还未达到计算值，但k16+705断面则已大大超过计算值。由于这三个断面的软土性质很均匀，路堤填土较高，排除由于次固结系数取值的误差及行车荷载等影响因素外，最大的可能原因应为k16+705断面工后沉降包括部分深部土体的主固结沉降量。
表2按地基土参数计算路堤沉降
计算中，取软土次固结系数为Cα=0.021。
三．软土固结滞后性的原因分析
传统一维固结理论的一个基本假设是附加应力影响范围内软土的固结是同时进行的，而这并不符合实际。施建勇[3]等人发现，在室内固结试验中，即使是小尺寸的室内土样，土样底部的孔压也存在明显的滞后。
刘增贤[4]等人通过对软土路堤深层沉降资料分析发现，浅部5m软土固结较快，在加压初期变形占整个断面沉降的比例不断上升，到达最高点后固结速率降低，变形比例也逐渐降低；15m以下软土固结速率则呈现上升趋势，变形比例逐渐到相对高值。这种深部软土的固结要比浅部土体的固结慢的现象称为软土固结的滞后性。
实际上，软土受到荷载作用时，附加应力向深部传递并不是马山完成的；同时受排水路径的影响，离排水通道越近的土体，超静孔隙水压力消散得越快，固结也进行的越快，而离排水通道越远的土体，孔压消散的越慢，固结亦发展的愈缓慢。土体的厚度越大，这种滞后性也越明显，这即是很多学者提到过的软土固结的尺寸效应问题。
三．结论
本文通过对广东沿海高速公路软土路基的沉降分析，发现深厚软土的固结是至上而下缓慢进行的，即上部土层要较下部的土层固结快，浅部土层的固结度要高于深部土层的固结度，即深厚软土的固结存在明显的滞后性。在软土预压后很长一段时间，按一维固结理论计算固结度早已达100％时，土体深部的固结仍在缓慢进行着，过大的工后沉降往往是由于深层软土的缓慢固结造成的。
参考文献：
[1]铁道部第四勘测设计院.软土地基试验研究文集.武汉:中国地质大学出版社,2001
[2]王盛源,关锦荷.珠江三角洲高含水量软土的工程特性与加固方法..高速公路地基处理理论与实践.龚晓南.北京:人民交通出版社,2005
[3]施建勇等.固结试验及其相关问题的讨论.河海大学学报,2004(3).
[4]刘增贤等.公路软基次固结及其工程意义探讨.高速公路地基处理理论与实践.龚晓南.北京:人民交通出版社,2005
[5]中国铁道科学研究院铁道建筑研究所.广东省汕（头）汾（水关）高速公路路基监测咨询报告.2008年6月.