淺析高速公路軟土路基設(shè)計(jì)

劉長(zhǎng)春

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

1 工程概況

該高速公路全長(zhǎng)為70km。設(shè)計(jì)時(shí)采用雙向四車道，該公路處于我國(guó)平原地區(qū)，設(shè)計(jì)最高行駛速度為100km/h。路基寬度設(shè)計(jì)為25m。沿著高速公路沿線分布有埋深較厚且廣泛分布的軟土層。該軟土層最后處達(dá)-43m，最厚范圍位于公路的K34+100～K46+500(此范圍厚度最小值也大于30m)。軟弱下臥層主要為砂性土和礫石，在公路部分路段有高邊坡，具體見表1。

表1 填方路堤邊坡坡率

2 軟土路基處的設(shè)計(jì)

路基邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)、路塹挖方邊坡、擋土墻防護(hù)設(shè)計(jì)按一般路面設(shè)計(jì)在此不再敘述。不具有軟土層的路面設(shè)計(jì)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。在此，本文不再講述，下文介紹軟土路基處的地基極限高度設(shè)計(jì)。

2.1 地基極限高度分析

該公路沿線軟土層區(qū)域路堤的極限高度在2～5m。此工程軟基主要位于山間低洼處和湖岸沿線。軟土主要有淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粗砂組成。這些土質(zhì)物理性質(zhì)較差，難以作為持力層，厚度一般在15m左右。軟質(zhì)土層主要位于:K34+600～K34+800、K45+200～K45+350、K46+250～K46+350、K46+550～K46+650，這些部位的軟基厚度在1.0～9.5m;K33+600～K33+800、K45+400～K45+450、K46+400～K46+500、K46+750～K46+850，這些部位的軟基厚度在4.2～13m。

對(duì)于以上軟土層較厚處軟土地基路堤極限高度為

公式:γ為填土的重度，kg/m3;CK為軟土的粘聚力，kPa;HE為極限高度。

均質(zhì)薄層軟土地基路堤極限高度為

其中:γ為填土的重度，kg/m3;CK為軟土的粘聚力，kPa;HE為極限高度;NS為穩(wěn)定因素。

對(duì)于軟土層性質(zhì)不均勻，用以上2個(gè)公式計(jì)算不可避免會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。若現(xiàn)場(chǎng)條件允許可以使用筑堤試驗(yàn)確定路堤極限高度。對(duì)于軟土上覆蓋一層堅(jiān)硬層的軟土路基路堤的極限高度:當(dāng)覆蓋層厚度大于1.5m時(shí)，需要考慮應(yīng)力擴(kuò)散，使用以下公式計(jì)算

式中:H為覆蓋層厚度，m。

3.2 軟土地基處理對(duì)策

(1)軟基埋深深度不超過5m時(shí)，采用好的土質(zhì)置換相應(yīng)的軟土，即采用換填法。

(2)當(dāng)填土高度不足4m時(shí)，采用塑料排水板超載預(yù)壓處理;當(dāng)填土高度不超過6.5m時(shí)，此時(shí)沉降量較小，除以上措施外還需設(shè)置1～3層的土工格柵(此措施也適合沉降量小于1.2m)。

(3)當(dāng)軟基埋深深度不超過13m時(shí)，采用水泥攪拌樁+土工格室復(fù)合地基處理，需要適當(dāng)進(jìn)行超載預(yù)壓。此處理方式也可用于填土高度不超過6.5m的軟基路段。土工格室墊層和碎石樁在荷載作用下相互作用，共同工作，形成一雙向增強(qiáng)的復(fù)合地基形式，它兼?zhèn)淞送凉じ袷覊|層和碎石樁復(fù)合地基加固軟基的優(yōu)點(diǎn)。其受荷載后如圖1所示。要求格室片厚不小于1mm，格室焊接處結(jié)合力不小于1000N。保證處理后地基承載力可以達(dá)到150kPa。

圖1 均布荷載土工格室墊層對(duì)碎石樁樁頂?shù)募s束

(4)軟土地基深度不小于12m，可以采用管樁托板+鋼塑土工格柵的處理方式，也需要進(jìn)行超載預(yù)壓。此施工工藝也可用于處理填土高度超過6.5m的軟基路段。在設(shè)計(jì)管樁時(shí)，設(shè)計(jì)承載力為400kN，復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)為150kPa。

3.3 處理效果

該道路設(shè)計(jì)施工完畢后，距今已有數(shù)年，路基、路面的狀態(tài)良好，通車順暢、未出現(xiàn)坍塌、龜裂等問題。可以得知:該工程軟土路基設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量較高。在軟土地基上修筑路基時(shí)應(yīng)盡量控制路基的填土高度。必須保證小于通過上式得出軟基的地基極限高度。

4 軟土路基處理的一般措施

軟土主要特征為各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大、天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低。若以軟土作為持力層則難以保證有足夠承載力。故需要對(duì)軟土層進(jìn)行處理以保證擁有足夠的承載力。軟土淤泥含量一般較高，可高達(dá)30%～60%。為了處理軟基問題可以使用以下方案。

4.1 清淤換填方案處理

對(duì)于軟土埋深較淺或厚度較小。可以將地基淤泥挖去，直至挖到承載力較高的土層。置換承載力較高的砂礫填入地基。鋪填時(shí)需要分層鋪填，每層厚度不得大于50cm，每填完一層，進(jìn)行壓實(shí)處理，然后進(jìn)行下一層填筑。

4.2 土工織物鋪楚法處理軟土路基

在軟土區(qū)域內(nèi)，鋪設(shè)一至多層的土工織物。土工織物不僅可以提高軟土地基的承載力，而且可以減小路基的不均勻沉降。同時(shí)也可以提高路基的排水能力。對(duì)于含水量較高的軟土地基，可以以土工織物作前期處理，留出足夠時(shí)間可以進(jìn)行其他加固方式施工，提高施工的安全性。

4.3 加筋土處理

加筋土是由土和筋體組成的復(fù)合土體。在填土工程過程中鋪設(shè)加筋帶或土工格柵或土工織物等加筋材料，以增強(qiáng)土體的抗拉、抗剪強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。現(xiàn)代加筋材料有為高分子材料(pp、pvc、pe)、表面鍍鋅鋼筋帶等。加筋土處理軟土地基具有特別的優(yōu)勢(shì)。加筋土可以和其他處理方法合用提高處理效果。可以節(jié)省大量的費(fèi)用，且可以保證結(jié)構(gòu)物和路堤之間沉降可以保持連續(xù)。

4.4 預(yù)壓處理

不論是一般路基還是軟土路基。地基設(shè)計(jì)時(shí)都要從滿足構(gòu)造物的承載力、沉降等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)路堤的填土高度，穩(wěn)定滿足要求后可以對(duì)超限部分采用預(yù)壓。必須滿足沉降量要求。該方案施工方便、花費(fèi)低，被廣泛使用。

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