軟土路基沉降預測與加固技術研究

應會軍

（漯河市郾城區道路運輸管理所，河南 漯河462000）

0 引言

我國軟土多數分布在沿海地區、河流和湖泊兩岸等地勢低洼處，根據軟土強度特征可以分為軟粘土、淤泥質土、淤泥、泥炭土和泥炭等幾種類型。解決軟土路基問題是公路工程長期以來的工程難題，目前主要采用軟土路基處理方法主要有兩種，一種是在軟土物理力學特性上建立本構模型，是理論方法；另一種則是根據實際觀測的沉降數據，經過統計數學分析得到沉降與時間的關系。軟土路基加固方法有路基換填、排水固結、樁土復合地基、加筋格柵等，當前應用的新技術有碎石樁加固技術、CFG樁技術、反壓護道技術、軟土路堤穩定性分析技術等。

1 軟土路基施工及沉降檢測技術

1.1 軟土路基施工過程

碎石樁施工，依據設計圖紙測量控制樁點，定出樁的位置，按照標記定位打樁機，樁機底部要保持水平穩定，保證導向架垂直度，施工偏差控制在1%以內，過程中要不斷采用重球檢查垂直度，作好記錄。調整套管與地面的垂直度，振動套管沉入土中后要保證不會傾斜和錯位，在堅硬土層上要放慢挖孔進度，套管沉入后將投料斗插入樁管，向管內灌入已經計算確定的碎石，將套管提升到規定高度，再重新沉入土中，進行振動，將排出的碎石擠密，對周圍土也有擠壓作用。當碎石料和套管的投料后平齊時開動電機，套管原地振動10秒后邊振動邊拔管，拔管速度要均勻，在淤泥質土層中，拔管速度要放慢。

路基施工，碎石樁經過隱蔽檢測完畢后即可進行路基施工，采用水穩定好的路堤填筑材料，保證較好的強度，填料的選擇要考慮料源和經濟性，保證填料的各項性質滿足要求。提前對基底進行處理，例如路基在地下水影響的范圍內時要采取攔截和排除措施，將地下水引向基礎范圍外，然后進行填方壓實。路堤填筑時要考慮土質的不同逐層填筑，并分層壓實，填筑方法有水平分層方式和縱坡封層方式兩種，碾壓時要確定壓實密實度，首先采用標準擊實試驗確定最大干密度和相應的最佳含水率。土工格柵鋪設時要充分發揮加筋效果，鋪筑平整，保證聯結牢靠。

1.2 沉降檢測技術

監測斷面分為典型監測斷面和標準監測斷面兩種，標準監測斷面為在路基軟土層較薄、軟土性狀較好的路段布置的監測點，主要設施為位移邊樁和沉降板。典型監測斷面是在軟土層較厚、軟土性狀差等路基沉降較大的典型部位設置的監測點，典型監測斷面監測內容較為齊全，使用的儀器設施有測斜儀、沉降板、地下水位計、孔隙水壓力計和土壓力盒等。

軟土路基路段的路堤施工過程要對地基變形進行觀測，通過對地表沉降量的觀測來調整填土施工速率，預測后期沉降趨勢，確定合理的預壓卸載時間以及路面施工時間，地表水平位移量和隆起量的觀測能夠應用于路基穩定管理，保證路堤施工安全，地下土體分層水平位移量應用于路堤穩定管理和研究，推算出土體發生剪切破壞的部位。

測點埋設方法與要求，位移觀測邊樁要根據需要在路堤兩側埋設，要埋在觀測斷面的同一橫斷面上，埋置深度為地表下1.4m，樁頂漏出地面不大于0.1m。沉降板的底板尺寸要滿足規范要求，直徑為4cm為宜，底槽保持平整。另外分層沉降標、深層沉降標、土壓力計、工作基點樁、土體測斜管等都要根據規范和標準來埋設，保證監測數據的準確性。

觀測項目的觀測時間間隔不能超過3天，路基填筑時每天都要觀測至少一次，路基變形超過相關標準時要加大觀測密度，對觀測數據及時整理，繪制出變形與時間的曲線關系，預測變形發展趨勢。

2 路基預沉降預測分析

2.1 分層總和法

軟土路基沉降是隨著填土高度和靜載預壓而增加的，由瞬時沉降、固結沉降和次固結沉降三部分組成，分層總和法是路基沉降中使用最為普遍的一種方法，假定路基基底的附加應力是作用在表面的局部柔性荷載，地基土是彈性半無限體，地基土應力分布服從彈性理論中的單獨應力集中情況，地基應力分布與土型無關，外部荷載作用只會影響土體一定厚度范圍的變形，只極端豎向附加應力對土層的影響，不計算土體的側向變形。另外應力路徑法、流變模型法和有限元法也是計算主固結沉降的常用理論。

2.2 曲線擬合法

由于土的類型較多，所以其工程性質也是復雜多變，土體壓縮規律不能用簡單的規律來描述，所以通過沉降監測數據資料來進行土體沉降推算是有很大意義的，目前根據實測數據進行沉降預測方法有曲線擬合法、灰色理論法、反演分析法、神經網絡法和遺傳算法等幾種。曲線擬合法進行短期沉降預測能夠得到較為準確的結果，但分析時具有很大的隨意性，最終的預測結果必然存在差異性，受到人為因素影響較大。

2.3 灰色系統法

灰色系統法是在時間和數據為坐標軸的平面上，將連續的曲線與時間坐標軸圍合成一定范圍，其基本思路為將隨時間變化的數據列進行累加，并將其變成非負的遞增數據列，以此曲線作為預測模型，來對系統進行預測。

這種方法非常適用于動態預測，能夠不斷將新的監測數據補充到基礎數據中去，形成新的模型，預測結果更為準確，決定灰色模型準確性的關鍵是信息參數，灰色模型具有的性質有微分兼容性，結構靈活能夠發生變化，參數可不斷調整。基本特點為所需的數據信息較好，不需要清除原始數據的分布特性，能夠保證較高的精度。

3 路基加固技術分析

3.1 路基穩定性分析和評價

路堤變形外在因素主要是水的浸泡，內在因素則是高壓縮性土，不排水固結強度低，容易發生剪切破壞。填土路基在通常狀況下較容易發生圓弧形滑動，在持續暴雨作用下，如果任其發展，最終會導致路堤的失穩，所以為了確保路堤穩定，可以采用抗滑樁支擋，在抗滑段進行堆載反壓，素填土部分采用旋挖樁加固，加速軟土的排水固結。

以碎石樁加固和反壓護道為例，碎石樁能夠形成剛性或半剛性復合地基，能夠分擔較大的荷載作用，其松散結構還能作為土體內水的滲透途徑，提高固結作用，適用于深厚軟土地基。當路堤地層內淤泥土從道路兩側隆起時，可以在一定寬度和高度內填筑土層作為反壓護道，增強穩定性。

3.2 土工格柵加筋路堤

土拱格柵作為一種常用的加固土體材料，具有非常好的工程性能，抗拉強度均勻、延展性好，具有較好的耐腐蝕性和抗疲勞性，施工方便，其作用機理為具有一定剛度，能夠使上部荷載擴散，提高軟土地基的承載能力，抗拉強度大能夠布置在軟土地基和路基之間，作為加筋路基來增強穩定性，將土工格柵和砂墊層作為一層，既能作為柔性基礎，又能加強軟土的排水能力，地基變形均勻，沉降差異小。格柵的網格能夠限制顆粒的橫向移動，土體之間銜接作用好，土體整體抗剪能力強。

3.3碎石樁改善軟土層分析

碎石樁對軟土層的受力和變形具有較好的改善作用，施工時樁周土體會因受到振沖置換作用產生擠壓，施工完成后軟土結構強度會隨著時間慢慢增大，土中空隙水會向樁體擴散，有效應力隨之增加，路基土體強度恢復提高較快。在碎石樁中增加砂墊層可以產生拱效應，拱以下的樁間土應力將小于碎石樁頂部土體。砂墊層能夠產生樁土應力比，避免應力集中于土體，造成剪切破壞。固結作用，能夠提高良好的排水通道，加速復合地基的固結過程。

［1］經緋，劉松玉，邵光輝.軟土地基上路堤沉降變形特征分析[J].巖土工程學報，2001，23（6）：728-730.

［2］楊濤.柔性基礎下復合地基下臥層沉降特性的數值分析[J].巖土力學，2003，24（1）：53-56.

［3］李軍偉.考慮側向變形的地基沉降計算及沉降預測[D].長安大學：地質工程，2003.

［4］熊朝輝.土工格柵處理軟土地基的設計、施工與檢測[J].公路與汽運，2002，5：23-25.