軟土硬殼層地基上路基的處理方式作用效果分析

張志偉

（山西省交通科學研究院 黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點試驗室，山西 太原 030006）

軟土表層在降雨、日曬、化學風化等因素的作用下，通常會形成一層幾米厚的硬殼層，硬殼層含水量和孔隙率較小，變形模量和地基承載力較大。當公路穿越軟土硬殼層地區且路基填土較低時，可以直接在軟土硬殼層地基上填筑路基。

在硬殼層上直接填筑的路基，必須充分考慮軟土的固結，控制路基的工后不均勻沉降。如果軟土地基不經處理而在其上直接填筑路基，需要一定的理論支撐，必須保證地基的穩定性，選擇恰當的地基處理方式，對于減少工程造價提高工作效率有很大幫助。

堆載預壓和反壓護道是兩種常見的地基處理方式，本文借助有限元軟件對兩種地基處理方式進行模擬，分析兩種地基處理方式的作用效果（圖1）。

圖1 有限元模擬

1 堆載預壓

堆載預壓的目的是加速地基內孔隙水的排除使土體固結，通常是用土、砂等重物對地基施加預壓荷載[1]。

堆載預壓必須考慮地基的穩定性，通常認為地基豎向變形每天不超過10 mm，地基側向變形每天不超過4 mm，因此預壓填土一般采用分級加載，并進行豎向變形、孔隙水壓力觀測。

路基頂面的不均勻沉降直接影響路面質量，試驗段觀測數據顯示：經堆載預壓處理后，路堤頂面的不均勻沉降明顯變小。為了進一步分析堆載預壓對地基工后沉降的影響，用ABAQUS有限元軟件模擬施工現場。

圖2 堆載預壓與直接填筑路基路堤頂面工后沉降比較

從圖2可以看出，有預壓路堤頂面不均勻沉降明顯小于無預壓的路堤頂面沉降，預壓有利于減小路面工后不均勻沉降。但是如果預壓填土過高，硬殼層底面會產生拉應力，將破壞硬殼層穩定性，如圖3，不同填土高度時，硬殼層與軟土交界面上最大主應力變化情況，可以看出，當填土高度超過2 m，硬殼層底面將出現拉應力。圖4為預壓土卸載后，地基的豎向位移變化，可以看出預壓土加速了軟土的固結，預壓期內，排水固結基本完成。

圖3 填土高度對硬殼層內最大主應力影響

圖4 地基與路堤頂面隨時間位移變化

以上分析可知，在硬殼層上直接填筑路基時，地基通過堆載預壓處理后，軟土固結基本完成，可以減小地基工后沉降，但是必須考慮到硬殼層的整體性，預壓土不能太高，當路基填土較低且工期較長時，可以考慮堆載預壓。

2 反壓護道

反壓護道就是在路堤兩側填筑一定高度和寬度土體，能有效防止地基的剪切，使路堤下的軟基向兩側隆起的趨勢得到平衡。采用反壓護道加固地基，施工簡易方便，但是用地多，用土多。為了進一步分析反壓護道對地基穩定性和沉降的影響，用ABAQUS有限元軟件模擬施工現場。

a）在硬殼層上直接填筑的路基，反壓護道并未加大地基的總沉降（圖5），這是因為硬殼層的板體效應發揮了充分作用，反壓護道還可以減小路堤頂面的不均勻沉降（圖6）。

圖5 反壓護道對地基總沉降量的影響

圖6 反壓護道對路堤頂面工后沉降的影響

b）從圖7、圖8、圖9、圖10可以看出，反壓護道改變了軟土地基中的應力分布，提高了路堤填土的臨界高度。

圖7 無反壓護道填土高度對硬殼層內最大主應力影響

圖8 反壓護道2.6 m時填土高度對硬殼層內最大主應力影響

圖9 反壓護道1.6 m時填土高度對硬殼層內最大主應力影響

圖10 反壓護道1.1 m時填土高度對硬殼層內最大主應力影響

圖11 硬殼層內最大主應力隨反壓護道高度變化

從圖11可以看出，反壓護道過低（1 m）時，其對硬殼層內應力分布影響較小，反壓護道過高（2.5 m）時，其對硬殼層內應力影響過大，只有當反壓護道高度適中時，才能使硬殼層內應力分布均勻，能夠填筑更高的路基。因此，填筑前須確定反壓護道最佳高度。

3 結論

a）在硬殼層上直接填筑路基時，地基通過堆載預壓處理后，軟土固結基本完成，可以減小地基工后沉降，但是必須考慮到硬殼層的整體性，預壓土不能太高，當路基填土較低且工期較長時，可以考慮堆載預壓。

b）反壓護道過低時，其對硬殼層內應力分布影響較小，反壓護道過高時，其對硬殼層內應力影響過大，只有當反壓護道高度適中時，才能使硬殼層內應力分布均勻，能夠填筑更高的路基。因此，填筑前須確定反壓護道最佳高度。