道路軟土地基淺層處置沉降與穩定分析

王 震 漳州市平原市政工程設計有限公司，福建 漳州 363000

1 引言

道路工程建設由于地基問題引起的危害大略有三個方面:(1)強度及穩定性問題。由于道路路堤填筑，當地基的抗剪強度不足以承受路堤和路面的外荷載時，地基會產生局部或整體的剪切破壞，造成路堤沉陷、塌方、失穩;(2)沉降變形問題。當地基在上部荷載及外部荷載的作用下產生過大的沉降變形時，會影響道路的正常使用，特別是產生過大的不均勻沉降時，會造成路面開裂破壞;(3)地震、車輛震動等動力荷載可能引起地基土特別是飽和無粘性土的液化、失穩及震陷等。換土墊層法的處治原理是將軟弱土或不良土開挖至一定深度，回填抗剪強度高，壓縮性較小的巖土材料，并分層壓實形成雙層地基，墊層能有效擴散基底壓力，可提高地基承載力、減小沉降。因此，如果能充分發揮換土墊層法在軟土路基中的應用，從道路工程的投資和使用效果上都至關重要。

2 工程實例

本工程實例路線總長1.6km，道路紅線寬45m，道路等級為城市次干路，設計速度40km/h，機動車道為雙向六車道，兩側分別設置綠化帶、非機動車道、人行道等。道路沿線經過農田、果園，路基主要以填方為主。以下就該路段軟土地基設計進行分析計算。

2.1 工程地質概況

根據工程勘察報告，擬建場地目前比較穩定，不會產生滑坡、崩塌、泥石流、危巖、巖溶等不良地質作用和地質災害。擬建道路有軟弱土分布。場地內未發現暗溝、暗河、洞穴、暗濱等對工程不利的地下埋藏物。

(1)人工填土層:①素填土及②耕土:層厚2.7m，為軟弱土層，屬高壓縮性土，呈松散狀態，均勻性差，工程地質性能差。

(2)全新統沖積層:③粉質粘土:層厚3.4m，為中軟土層，屬中等壓縮性土，厚度變化較大，呈可塑狀態，容許承載力值為150KPa，土的均勻性較差，工程地質性能一般;④淤泥:層厚2.8m，為軟弱土，屬高壓縮性土，厚度變化較大，呈流塑狀態，容許承載力值為45KPa，土的均勻性較差，工程地質性能很差;⑤中砂:層厚10.4m，土質不均，厚度變化較大，呈中密狀，局部為稍密狀，屬中等強度土層，均勻性差，容許承載力值為250KPa。

(3)上更新統沖洪積層:⑥粗砂:土質不均。埋深較大，呈中密狀，屬中等強度土層，均勻性一般，容許承載力值為350KPa。

(4)殘積層:⑦殘積粘性土:為中軟土，可塑～堅硬，容許承載力值為220KPa，土的均勻性一般，工程地質性能較好。

2.2 特殊路基處理方法

從本工程地質概況可以看出，表層人工填土及淤泥層均為軟弱土層，工程地質性能差，不宜直接作為擬建道路的地基持力層，且淤泥層埋深較深，若采用排水固結或復合地基等深層處理方法顯然是沒問題的。本設計方案從投資和使用效果的角度出發，提出采用換土墊層法進行處理。處理軟基的首要問題是排水，排除具有自由水性質的孔隙水，降低天然含水量加快軟土固結速度以達到提高其承載能力的目的，本工程采用的處治方法是挖除表層素填土2.0m，然后換填中粗砂，并在中粗砂中設置一層雙向土工格柵進行加筋處理，以增大壓力擴散角，提高路基穩定性。中粗砂層做為路基中孔隙水排出的通道，作用是排水固結，并擴散路基填土自重及壓路機械作用在軟基上的附加應力，以及防止地下水上升浸濕新填土，避免產生彈軟土。

2.3 沉降及穩定性計算

(1)計算依據:《巖土工程勘察報告》。

(2)計算簡圖(見圖1)

圖1

(3)計算條件。計算目標:計算沉降和穩定;路堤設計高度:3.100(m);路堤設計頂寬:45.000(m);路堤邊坡坡度:1:1.5;工后沉降基準期結束時間表1:36(月);荷載施加級數:2。

路堤土層數:2

表2 地基土層數:4 地下水埋深:3.200(m)

表3 淺層處置

①固結度計算參數。地基土層底面:不是排水層;固結度計算采用方法:微分方程數值解法;多級加荷固結度修正時的荷載增量定義為“填土高* 容重”;填土-時間-固結度輸出位置距離中線距離:0.000(m);填土-時間-固結度輸出位置深度:0.000(m)。

②沉降計算參數。地基總沉降計算方法:經驗系數法;主固結沉降計算方法:e-p 曲線法;沉降計算不考慮超載;沉降修正系數:1.200;沉降計算的分層厚度:0.500(m);分層沉降輸出點距中線距離:0.000(m);壓縮層厚度判斷應力比=15.000%;基底壓力計算方法:按多層土實際容重計算;計算時考慮彌補地基沉降引起的路堤增高量;工后基準期起算時間:最后一級加載(路面施工)結束時。

③穩定計算參數。穩定計算方法:總應力法(瑞典條分法);加載與路堤竣工的間隔時間(月):1;穩定計算不考慮地震力;穩定計算目標:自動搜索最危險滑裂面;條分法的土條寬度:1.000(m);搜索時的圓心步長:1.000(m);搜索時的半徑步長:0.500(m)。

(4)各級加荷的沉降計算。第1 級加荷，從0.0～1.0 月;加載開始時，路基計算高度=0.000(m)，沉降=0.000(m);加載結束時，路基計算高度=2.420(m)，沉降=0.020(m);第2 級加荷，從7.0～8.0 月;加載開始時，路基計算高度=2.420(m)，沉降=0.020(m);加載結束時，路基計算高度=3.123(m)，沉降=0.024(m)。

(5)路面竣工時及以后的沉降計算。基準期開始時刻:最后一級加載(路面施工)結束時刻;考慮沉降影響后，路堤的實際計算高度為=3.123(m);路面竣工時，地基沉降=0.024(m);基準期內的殘余沉降=0.000(m);基準期結束時，地基沉降=0.024(m);最終地基總沉降=1.200* 0.350=0.420(m)。

(6)穩定計算:①第1 級加荷，從0.0～1.0 月，路基設計高度2.400(m)，路基計算高度(考慮沉降響)2.420(m)，加載結束時穩定結果。最不利滑動面:滑動圓心=(1.936，3.871)(m);滑動半徑=6.568(m);滑動安全系數=1.494;總的下滑力=124.658(kN);總的抗滑力=186.207(kN);土體部分下滑力=124.658(kN);土體部分抗滑力=156.207(kN);筋帶的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。②第2 級加荷，從7.0～8.0 月，路基設計高度3.100(m)，路基計算高度(考慮沉降響)3.123(m)，加載結束時穩定結果:最不利滑動面:滑動圓心=(2.499，3.123)(m);滑動半徑=5.811(m);滑動安全系數=1.498;總的下滑力=155.032(kN);總的抗滑力=232.278(kN);土體部分下滑力=155.032(kN);土體部分抗滑力=171.191(kN);筋帶的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。③第9.0 月施加超載，路基設計高度3.100(m)，路基計算高度(考慮沉降影響)3.123(m)，加載時穩定結果。最不利滑動面:滑動圓心=(2.499，3.123)(m);滑動半徑=5.811(m);滑動安全系數=1.452;總的下滑力=165.170(kN);總的抗滑力=239.827(kN);土體部分下滑力=165.170(kN);土體部分抗滑力=175.126(kN);筋帶的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。

3 結語

軟土地基在選擇處理措施時，應考慮地基條件、公路條件及施工條件，尤其要考慮處理措施的特點、對地基的適用性和效果，來確定符合處理目的的處理措施;從而保證路基的穩定。本文通過理論計算對軟土路基淺層處治的沉降與穩定進行分析，雖然計算結果均滿足規范要求，但施工期間還應注意對路堤施工進行動態觀測，即進行沉降和穩定的動態觀測，不同測定項目的觀測點盡可能布置在同一橫斷面上，便于觀測和測點的保護，也便于數據分析。

［1］龔曉南主編.《地基處理手冊》(第三版).中國建筑工業出版社，2008.

［2］交通部第二公路勘察設計院主編.公路設計手冊《路基》.人民交通出版社，2001.