對高速公路軟土路基穩定性的研究探析

李永產

摘 要：由于軟弱土地基是需要人工進行處理的不良地基，在進行工程施工中遇到的問題也是最多的，因此對軟土路基的穩定行研究便是有重要意義的，本文便對高速公路軟土路基的穩定性進行了深入的研究，并對軟土路基的特點、存在問題以及其穩定性的研究現狀及處理措施進行了深入的探討。

關鍵詞：高速公路；軟土路基；穩定性研究

1 引言

工程建設中，經常會遇到軟土地基的情況。軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的細粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、明顯的結構性和流變性、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大等特點。鑒于軟土的以上性質，在軟土地基上修筑路基，若不加處理，往往會發生沉降、塌陷、側向位移、開裂等病害，導致路基失穩。因此，軟土路基的穩定性問題是道路建設中的一個重要問題。

2 高速公路軟土路基的穩定性的特點

高速公路的自身的修建的特點及項目實施地點的軟土的自身性質影響著軟土路基路堤的穩定性，軟土具有天然含水量高、強度低、透水性弱、孔隙比大、壓縮性好、結構性強但容易受到干擾等自身特點，因此當在軟土上進行施工時，便十分容易產生路基路堤不穩定的現場。由于高速公路的等級一般都較高，并且技術要求很高，造價也很昂貴，因此高速公路對路基的穩定性的要求是十分嚴格

的。由于高速公路的整條線路很長，并且整條線路的地形及地質條件又是十分復雜的，在進行高速公路工程施工時，施工車輛及施工機械通行較頻繁且施工順序變化大，因此像其他民用建筑那樣對軟土路基進行精心的施工以及詳細的勘探是不切實際的，這些也都導致了軟土地基的特點以及被擾動和受壓的狀態是不易被掌握的，也導致軟土路基的穩定性是比較困難的。

3 修建高速公路軟土路基存在的問題

軟粘土是一種近代沉積物，它是在第四紀后期由三角洲相、湖沼相、瀉湖相等所形成的河流沉積物或是粘性土沉積物，在這些沉積物中，最軟弱的應該是淤泥質土以及淤泥。由于這些軟粘土具有壓縮性大，抗剪性差、含水量高這些特點，因此當其在受到外力荷載的情況下，承載強度不夠便會導致地基失穩沉降甚至倒塌。在軟土上修建高速公路存在的兩個最困難的問題就是沉降以及失穩。而其中穩定性又是最重要的問題，它與整個工程的質量及施工進度等都是息息相關的。由于新世紀工程項目中，在軟土地區進行高速公路建設的項目也是越來越多，并且按要求必須在軟土路基上填筑路堤。為了在施工后滿足軟土沉降的嚴格要求，就必要縮短填筑路堤的時間從而增加預壓的時間，這就會導致施工的工期被大大壓縮，在工期如此緊張的情況下進行施工，這對軟土路基的穩定性提出了很高的要求。從目前我國已經修建的高速公路軟土路基項目得到的經驗顯示，我們的施工及設計人員對軟土的認識仍然存在不足并且施工工藝及加固方法都存在錯誤，對高速公路軟土路基的穩定性的計算方法上也需要進一步的研究及探討。

4 高速公路軟土路基的穩定性研究現狀

4.1軟粘土強度增長規律的分析

軟粘土土體的固結效應會對高速公路工程的施工產生重要的影響。但對軟土路基進行深層加固時，軟土的結構因加固操作勢必會受到擾動并且產生孔隙水所帶來的壓力，軟粘土的抗剪強度也勢必會下降，因此當軟粘土地基受到荷載時，便很可能產生失穩。當隨著深層加固施工進行的同時，軟粘土的強度也會逐漸提高。這主要是由于加固施工所以其的孔隙水壓力很逐漸消失，這樣原本已消失的有效應力會逐漸的恢復，強度便又得到了提高。若想保證軟土地基的穩定性，就要保證地基承載力的增加與固結的變化相互適應，因為軟粘土的強度是隨著固結的變化而變化的，而地基承載力的增長也是以土的強度增長而增長的。我國在上個世紀 60 年代初期就已經對軟粘土的強度規律進行了研究，當時的研究人員提出了有效固結應力法及有效應力法兩種研究方法。有效固結應力法忽略了軟粘土因剪縮所引起的強度變化，而主要考慮軟粘土因軟粘土因壓縮所引起的強度變化。所以在相應的軟粘土強度變化的公式中忽略了因剪切所引起的孔壓，只記入了因壓縮所引起的孔壓。而有效應力法則是結合三軸固結排水實驗，并通過引入應力圓的理論從而確定軟粘土的強度增長規律。

4.2 軟土路基的穩定性控制工作

路基施工時的加荷載速率對穩定性也有著重要影響。加荷載時，剪應力在增大，軟粘土的強度也在提高。所以要做好穩定性控制，這樣才能保證地基的穩定性。穩定性控制主要包括：合理確定加載計劃以及穩定性觀測工作。合理確定加載計劃可以有效的保證軟粘土的強度變化與加載計劃相適應。但是由于計劃階段的計算參數不夠精確，這就會導致與工程的實際狀況存在差異，因此在確定加載計劃的同時，做好觀測工作，通過觀測數據指導施工工作并確保其穩定性。穩定性觀測也是穩定性控制的最主要工作。穩定性的觀測工作主要包括：側向位移觀測，孔隙水壓力觀測以及軟粘土沉降觀測等工作。由于孔隙水壓力可以直接的了解地基中軟粘土的團結狀況，因此它也是工程施工期間對地基穩定性評價的最有效方法。做好孔隙水壓力觀測也是穩定性觀測工作的重點。

4.3 高速公路軟土路基的計算理論研究

軟粘土的強度較低是導致軟土路基路堤或堤壩失穩甚至倒塌的最重要原因。在較為均勻的軟土路基中，路基失穩多是由于路堤或堤壩沿圓弧形畫面移動所引起的，這也是經過多次試驗證明過的。所以為驗算軟土路基的穩定性，研究人員多采用極限平衡法對其進行驗算。圓弧法是極限平衡法的代表方法，其首先由一名瑞典科學家提出，它首先應假定平面應變并且將滑面視為圓筒面。這樣在進行力的分析時，就可以將圓筒面分為許多同樣的豎條并且豎條之間的力大小一樣且方向平行于滑面。這樣整個滑面滑動力矩與穩定力矩之比就可以作為驗算其穩定性的依據。后期，許多專家學者又對這種圓弧法進行了改良及完善，目前的驗證方法已經是很成熟的了。

5 高速公路軟土路基穩定性的處理措施

1）增加路基土的固結排水速率。通過抽真空、設砂井等方法使軟土路基排水固結沉降增大，這樣可以提高軟土土體的強度同時提高穩定性。

2）延長施工預壓期。施工的加載提高時，軟土地基的強度也會隨之提高，通過縮短填土時間可以增加施工的預壓期，這樣軟粘土路基施工時的沉降問題便會在施工期間顯現，這樣也更容易得到解決，從而提高路基的穩定性。

3）減小軟土路基的總沉降。提高路基的承載力并減少路基的總沉降，可以通過采用樁體復合地基等方法實現。

6 結論

結果表明，填土和軟土的黏聚力、內摩擦角、填土容重、下臥層厚度對三種模式下的軟土路基的穩定性均存在不同程度的影響，且同一因素對于不同模式的影響也存在一定的差異。

1）在以上三種模式下，路基的安全系數較低，其穩定性隨著填土層或軟土層內聚力和內摩擦角的增大而增加，隨填土容重的增加而下降。

2）在以上三種模式下，土層受內聚力和內摩擦角的影響程度不同，其大小取決與該層在整個路基穩定性影響深度范圍中所占的比例。

3）軟土地區高路堤路基的安全系數較低，且隨著水位的增高，安全系數降低。

4）一定范圍內，下臥層的厚度增加會引起路基安全系數下降，超過影響厚度范圍后，厚度變化基本不會造成安全系數的變化。

參考文獻

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