軟土地基技術在高速公路施工中的應用

劉晰

摘要:本文結合工程實例介紹了高速公路工程施工中軟土地基的處理。重點對軟粘土地基地質勘察、高速公路軟土地基的沉降計算、公路軟基路堤沉降動態控制三個方面做出了論述，供同行參考。

關鍵詞:軟土地基；沉降速率；動態控制；超固結

中圖分類號：U416文獻標識碼：A

隨著經濟發展速度越來越快，人們對如何節約時間也越來越關注。高速公路是節約時間促進社會發展的重要橋梁之一，近年來我國對高速公路的建設更為重視。其高速公路對地基變形的要求甚高，既要保證在路基填筑過程中及路堤永久荷載作用下地基的穩定性，更應減少或消除工后沉降量，避免橋涵與路段連接處出現過大的沉降差和沿路段縱向、橫向的不均勻沉降，防止運行后出現橋頭跳車、路面不平整和開裂損壞等現象。

為了控制引起路面變形的工后沉降量，應準確推算最終沉降量和求得路堤在不同歷時加載強度下地基的固結度。然而，在設計階段，總沉降量及其工后沉降量的大小是通過沉降固結計算求得的，估算結果是否與今后實測值相符，涉及很多因素，關系到工后沉降量控制的成敗。由于高速公路軟基成帶狀分布，線長且地質變化復雜，增大了技術的難度。以下從勘察設計、施工管理的現狀出發，對軟土地基工程地質勘察、軟粘土地基加固方案的合理選擇、軟土工程特性及沉降動態控制和路基施工控制標準分別進行探討。

一、軟粘土地基工程地質勘察

設計提供的工程地質勘察報告除提供土工試驗成果總表外，還按標段分層提供試驗成果統計表。但對于天然地基土，即使取自同一分層的土樣，它們的試驗指標往往差異也很大，這種差異是各個土樣自身性質差異的反映，不能完全單純歸結于試驗誤差。因此把這種分層統計指標或代表性壓縮曲線推廣到全標段沉降計算的做法，經多條高速公路實踐證明，與實際觀測成果有較大的差別，甚至嚴重失真。

因此合理的勘探思路應該是采用較多的鑒別孔進行普遍勘察與技術孔相結合的方法，選擇具有操作簡單、性能良好的鑒別孔對全線軟粘土層，特別是土層變化復雜地段進行詳細劃分，以便確定軟土層的深度和范圍、測定某項土性參數，十字板及靜力觸探試驗均屬此類。而在控制斷面則以技術孔作為原狀取土孔，提供基礎的設計參數，掌握各土層的物理力學特性，以期達到快速、可靠、經濟的目的。技術孔的具體位置應在構造物(橋、涵、通道)、土層變化復雜的地段等位置選取。

二、高速公路軟土地基的沉降計算

1、應力歷史對粘性土壓縮性的影響

土工試驗表明經歷不同應力歷史的天然土層，具有不同的壓縮特性，通過對某高速公路原鉆探試驗成果的分析，發現某地區軟粘土層處于超固結狀態，其程度由東向西逐漸增強。超固結比由上向下減小，深度達7～20m，進而在優化設計中采用了能考慮超固結土壓縮特性的沉降量估算方法，使沉降量的估算成果更加符合實際。因此定量地測定應力歷史對粘性土壓縮特性的影響，并在設計及施工中加以考慮，是一項具有實際意義的工作。

2、成層軟土地基固結特性

在該高速公路沿線的土層屬于成層地基的情況，大都在層間存在粉質土層，厚度從數厘米至十幾米。透水性強的砂性土不但自身壓縮量小，且壓縮穩定快，即使是5cm左右的砂層，它的排水能力有助于對加速土層的固結。故建議在設計中對Ip<7、顆粒級配中粘粒含量又小于10%的土層可作為相對排水層處理，以起到縮短排水距離，加快地基固結的作用。

三、高速公路軟基路堤沉降動態控制方法

1、最終沉降量的推算

在路堤的實際施工中，大多采用多級加載方式，各級荷載的起止時段一般相差較大，再加上軟土層埋深的不同，現場實測沉降過程線大多呈多折式沉降遞增型曲線，每加一次荷載，就出現沉降量明顯加快的過程，若不再加載，經歷一定歷時后，沉降速率隨之放慢。為了提高推算成果的質量，首先必須十分重視沉降板、桿的埋設和連接質量以及沉降觀測的精度，只有在地基經受包括路面荷載在內的全荷載作用后，當荷載恒定，實測到具有精度較高的歷時3個月以上的2～3次沉降觀測成果方能外延和推算，推算方法則依據收斂規律來選擇。一般采用雙曲線法或指數法推算最終沉降量，采用最終沉降量的推算方法，理論上比較合理，但由于各種原因，如施工過程造成觀測點破壞，沉降資料不連續，實際操作比較困難時，一般采用比較方便的沉降速率控制法。

2、沉降動態控制方法

在分析了大量高速公路現場實測沉降曲線基礎上，推算了各典型斷面觀測點滿足工后沉降時對應的沉降速率值，以其作為施工控制標準。即按3～4等水準測量精度的月沉降速率作為施工控制標準。以下是具體步驟與方法：

路堤填筑期加（2）堆、等載預壓期（3）超載預壓期（4）填筑瀝青混凝土下面層的條件是，當路堤施工至基層頂面后，在原地面連續2個月的實測沉降速率應小于3mm/月；

（5）為滿足車輛在橋頭高速行駛過程的平穩、舒適，在橋頭有搭板設置的情況下，橋頭沉降引起縱坡變化必須小于Δi=0.4%～0.6%，沉降差應小于3～4cm，作為初期養護處理標準。按上述控制標準，對路堤施工全過程實施動態有效控制，在滿足施工總工期和允許工后沉降量的前提下，確保各結構層的施工厚度，達到路面一次鋪筑成功和路面工程厚度變動量最小的目的。

結束語

從公路勘察設計、施工管理現狀出發，提出合適的勘探手段和勘探技術，掌握沿線復雜軟粘土的深度、分層及各土層的物理、力學特性，選擇考慮不同應力壓縮特性的沉降計算方法，以優化軟土地基處理。也可達到快速、可靠、經濟地提供成果的目的；定量測定應力歷史對粘性土壓縮。 特性的影響，選擇能考慮這一特性的沉降估算方法，使沉降量估算成果更符合實際，方案選擇更合理；針對不同施工工期，結合高速公路工程實際，采取優化設計地基處理方法。從路基開始施工起，進行動態觀測，分析其變化規律，為進一步優化各種處理方法和后期再加載處理提供了依據，可達到處理效果好、工程質量高的目的；通過現場觀測資料表明，對路堤施工全過程實施沉降動態控制，即堆、等載工況下，橋頭沉降速率按0.3cm/月、路段按0.5mm/月，在超載工況下按0.8cm/月進行控制，可確保路面結構層施工厚度變動量最小，橋頭工后沉降小于3～4cm。通過某高速公路按上述標準進行動態控制證明，合格率達95%～99.2%。說明提出的控制標準能有效減少工后沉降量，保證了工程質量，為推廣應用提供了依據。