高速公路施工過程中沉降變形的分析

【摘 要】軟土的特點就是壓縮性高、強度低、含水量大及透水性差等，高速公路如果在軟土地基上進行修建，路基的變形與穩定則是首先要面臨的主要問題，尤其是路面變形有嚴格要求的高速公路工程，其最關鍵的技術問題就是軟土地基的過量沉降變形。

【關鍵詞】高速公路；沉降變形；軟土地基；特點；規律

高速公路的路線都比較長，由于沿線的工程地質條件變化非常大，在修建高速公路時，并不能詳細的勘察試驗軟土地基及認真的處理施工。此外，在軟土地基上進行修建高速公路的過程中，會受到頻繁通行的施工車輛與機械及不斷變化的施工加載的順序與方式等的影響，從而不能夠精確掌握地基的基本特征與先期受壓的狀態。

1、高速公路軟土地基沉降變形的機理

通常情況下，在軟土地基上修建高速公路時，要有一定高度的路堤，地基內部由于受到路堤的影響，會發生應力與固結變形，而地基沉降的重要原因就是土的這種壓縮性[1]。

土體受力后的變形分為兩種，即體積變形、形狀變形。引起體積變形的原因是正力引，它不會使土體發生破壞，僅壓密縮小了土的體積；但引起形狀變形的原因是剪應力，如果剪應力的限度超出，就會剪切破壞土體，這時就會繼續發生變形。在地基中一般大面積的剪切破壞是不允許出現的。

2、高速公路軟土地基沉降變形的分析

2.1 沉降變形的組成

軟土地基沉降有兩部分組成，即堤身、地基。從經典土力學的角度來講，地基沉降有三部分：主固結沉降Se、次固結沉降Ss與瞬時沉降Si，但最終軟土路基的沉降量是S=Se+Ss+Si。

主固結沉降是外荷載使超孔隙水壓力的水力梯度產生，而從土體中促使水排出，使土體骨架上有了應力增量，最終導致了沉降。在這個環節中，土的滲透性、壓縮性與孔隙的壓力影響到了水流的速率，水流的速率隨著孔隙壓力的消失而下降，之后在基本完成孔隙壓力的消散后，有效的應力就達到了不變的狀態。這段變形就是固結變形，受到時間的影響，體積的變化是其主要的表現，與之相對的沉降就是主固結沉降。次固結沉降是在完成主固結變形后，超靜水壓力消散，受到有效應力的影響，使土骨架改變而引起的。孔隙水的排出速率對次固結變形大小沒有影響，主要是由土骨架自身蠕變的性質所決定。次固結的速率無關于軟土的厚度，而是受到孔隙比、有機質的含量等因素的影響。瞬時沉降發生的速度相當快，主要是在荷載的影響下，土未發生體積變化的畸變所導致的。加載的方式與速率直接影響著瞬時沉降。實際上，這三種地基沉降在受力后，是同時開始發生的，只不過基于某個環節有其主要的沉降變形，而且土的性狀不同，組成這三個部分的時間與大小也是不一樣的[2]。

2.2 沉降變形的特點

土的壓縮性影響著基礎沉降量的大小，容易壓縮的土，其有較大的基礎沉降量，同時也受到作用到基礎上的荷載性質及大小的影響[3]。通常來說，基礎沉降隨著荷載的大小而發生相應地變化；但是偏心等引起的沉降差較之于中心荷載，要大。沉降不均的地基與差異較高的路堤，造成了路面不同程度的變形。如果路基的沉降超過了特定的范圍，會破壞路面的功能與結構，從而達不到設計公路的要求。軟土層厚的路段，其沉降比較大，反之，其沉降小，從而在公路上，就產生了縱、橫向沉降的不均勻，且影響到了路面排水情況，特別是在橋頭的過渡段，這個問題十分嚴重，汽車根本不能高速行駛。通常使用樁基礎或者是擴大基礎作為橋梁，其沉降比較小，但與之相連的路堤通常比較高，會引起較大的沉降，在橋頭周圍會會出現沉降差，橋頭跳車情況易發生。

軟土的特點是壓縮性高、含水量大等，在荷載影響下，軟土路基造成的沉降的變形特點為[4]：①沉降量大。因為粘粒與粉粒是軟土的重要組成部分，而粘粒的含量又非常高，天然的含水量也比較大，承載力與抗剪強度都較低，因此在荷載的作用下，壓縮量變大，隨之沉降量也就變大了；②側向變形大。在受荷初期，來不及排出飽和軟土中的水，引起土體側向擠出，在水被逐漸排出時，土體體積產生收縮，從而使豎向沉降發展更快；③變形時間較長。基于軟土自身特性與較大的厚度，孔隙水不消散比較慢，下部軟土的排水尤其難，因而固結的時間就比較長，所以，側向變形與豎向沉降在時間上都比較長。

2.3沉降變形的規律

軟土地基的沉降變化主要有四個環節[5]：①發生。剛加載軟土地基時，土體有彈性，來不及使其中的孔隙水排出，土體由于發生側向變形，導致土體的瞬時剪切變形，荷載剛增加時，軟土地基有著較大的側移速率，沉降的增加呈線性狀態；②發展。在增加的填土高度、加磊的荷載及時間的延長情況下，逐漸排出了地基土中的孔隙水，而后超靜孔隙水壓也慢慢消失，土體被壓密，導致體積發生變形；③穩定。荷載隨著加載的完成而不再增加，孔隙壓力越來越小，基本完全消散，還未完全形成固結，隨著時間的不斷推移，土體的沉降會持續性加大，沉降的速度不斷減小，土體固結不斷出現；④極限。在達到一定的時間后，沉降處于極限，沉降量也不再繼續加大，其速率變為零，地基的最終沉降量就是此時的沉降量。

3、結語

從分析軟土地基沉降變形的過程中可知，在路堤荷載的影響下，軟土地基的內部會有應力與固結變形出現，其原因是，地基沉降是由土的壓縮導致的。土體受壓后產生的變形，是土體由于出現排水固結引起的變形沉降所致。軟土地基主要有主固沉降、次固沉降與瞬時沉降。由于軟土的含水量高、抗剪強度低、滲透性差等特性，在荷載的影響下，軟土地基導致沉降通常是側向變形過大、沉降量過大及變形持續的時間過長等。所以在軟土地基上進行高速公路修建時，要特別注意軟土地基沉降變形的技術分析。

參考文獻：

[1]姜昌明.高速公路軟土路基沉降分析研究[J]. 科技傳播. 2010（16）：156-158.

[2]李春旭.高速公路軟土路基施工探討[J]. 科技風. 2009（01）：136-138.

[3]崔相會，董菁菁，周麗群.高速公路軟土路基沉降變形的研究[J]. 交通標準化. 2009（Z1）：112-114.

[4]周林.高速公路軟土路基工后沉降推算方法的比較[J]. 山西建筑. 2009（05）：78-80.

[5]周炳輝.路基沉降變形機理淺析[J]. 科技信息. 2009（17）：63-65.