高速公路軟土路基沉降分析與加固

劉新華

【摘要】軟土地基具有壓縮性高，承載力差的工程力學特點，因而在長期自身重力和車輛荷載的作用下，經過軟土地段的高速公路路基很容易出現持續性的沉降和側向變形的現象，繼而導致路面下陷、開裂等病害問題，嚴重影響公路使用壽命和行車安全。因此，加強對高速公路軟土路基的沉降觀測和分析，并采取相應的加固措施是十分必要的。

【關鍵詞】高速公路 ?軟土路基 ?沉降分析 ?加固

高速公路是我國交通運輸的重要通道，由于我國幅員遼闊，境內地形地質條件復雜多樣，因而很多高速公路必然會經過一些軟土地區。由于軟土地基具有孔隙比大，壓縮性高，承載力差的工程力學特點，因而在長期自身重力和車輛荷載的作用下，經過軟土地段的高速公路路基很容易出現持續性的沉降和側向變形的現象，繼而導致路面下陷、開裂等病害問題，嚴重影響公路使用壽命和行車安全。因此，加強對高速公路軟土路基的沉降觀測和分析，并采取相應的加固措施是十分必要的，本文對此進行了探討。

一、軟土工程性質及路基沉降機理

（一）軟土的力學性質

軟土是指臨近湖沼、河灘，或是受地下水影響而出現的含水量高、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。由于較大的含水量，因而軟土地基的力學性能也與其他類型土層存在很大差異，其最為顯著的性能特征就是土質松軟、易沉降變形，一些特殊地段的軟土層還具有有機質粘粒含量高、構造復雜的特點。這些都對軟土地基之上的公路及其附屬構筑物的穩定性帶來了很大的影響。

（二）軟土的沉降機理

地面土工建筑物及其附加荷載通過路基底面將荷載傳遞至地基，并使地基受力及內部應力發生變化，繼而導致地基發生變形和下沉，工程上將這種向下傳遞荷載，并引起基礎變形的情況稱之為基礎的沉降。基礎的沉降主要包括沉降量和沉降差兩個方面，它們與土體壓縮量和施加的荷載大小、性質和時間有直接的關系。在外力作用下，土體的沉降變形可分為三個階段，首先是承受荷載瞬間的變形;其次是土體的壓縮變形，并使土體孔隙水排出;最后土體固結，由土體顆粒承受全部應力。在路基施工中，地基本身處于應力平衡的狀態，形態也基本穩定，在地面施工和荷載變化的影響下，會導致地基內部應力發生變化。特別是軟土地基，本身存在流變性強，承載力差的問題，在上部荷載加大和內部應力失衡的情況下，很容易發生沉降變形;并且其沉降量也會隨著時間、荷載、土體壓縮性等因素的變化而逐漸增大。

二、軟土路基沉降的觀測

為避免軟土路基的過度沉降，在軟土地基路段施工中，必須在路堤填筑后地基的沉降情況進行動態觀測，以掌握其沉降變形量，及時采取加固措施。地表沉降量和水平位移量分別通過沉降板和邊樁進行觀測，地下土體分層水平位移量通過測斜管觀測。觀測儀器主要有水準儀、測斜儀、全站儀、分層沉降儀等。軟基處理前，先按照施工觀測作業要求分別布設沉降、水平位移、土壓力、水位觀測點，測量地基的原始數據;每進行一次土方填筑后進行加載，并對相關的沉降量和位移數據等進行觀測，直到其沉降量趨于穩定后再進行加載和土方填筑。施工觀測時間間隔一般在3天以內，對于沉降量異常，或存在危險事故征兆時，要持續性地觀測;路基填筑時，保證一天一觀測，當場地條件發生較大變化，或是路基變形超過相關標準要求時，應加大觀測密度。

三、軟基沉降基礎技術

（一）換土墊層法

該方法是利用機械設備或是人工開挖的方式將軟土路段一定范圍內含水量較大的黏土挖出，之后換填砂石等材料并夯實的方法，是傳統的淺層處理地基的方法。該方法可從根本上改善施工區域土體性質，在原軟土區域形成穩定的持力層，從而有效提高軟土地基承載力，防止地基沉降。換土施工中重點要控制好虛鋪厚度、平整度、壓實度、土基高度（高程）等指標。該方法施工簡單，但因土方作業量較大，因而只適用于淺表軟土層、軟土層較薄和易于排水施工等情況。

（二）土工格柵

土工格柵以其較高的強度和良好的韌性經常被用于土工復合材料或是加筋土的結構鋼筋，對軟土地基具有較為理想的改善效果。土工格柵有助于增強地基的穩定性，當軟土地基發生沖剪破壞或變形時，土工格柵會防止破壞面的出現，避免土體側向擠出和出現路基側向滑移。土工格柵施工時采取分層鋪設的方式，砂墊層填筑完成后插打塑料排水板，然后鋪設第一層土工布;土工布應根據路基寬度向兩側各延伸1m，沿路基橫向斷面一次性鋪設，并保證鋪設平整，無褶皺和扭曲;相近兩幅間搭接寬度應保持50cm以上，搭接部分每隔1m用扎扣連接，并用土釘錨固。第一層土工格柵鋪設完成后，進行吹填作業，待砂墊層頂路基吹填第一層平整后，即進行水平測量，并用壓路機壓實，保證砂墊層厚度、壓實度符合要求后，再鋪設下一層土工布。

（三）碎石樁

碎石樁是以碎石（卵石）為主要材料制成的復合地基加固樁。碎石樁具有強度高，可為路基提供足夠的支撐力，同時，碎石樁還兼有不同程度的擠密和促進排水固結的作用，因而常應用于堤壩邊坡加固、軟弱地基加固和消除黃土濕陷性等方面。碎石樁按其制樁工藝可分為干法碎石樁和振沖（濕法）碎石樁和兩大類，其中干法碎石樁干振、錘擊等無水沖工藝制成的碎石樁;濕法碎石樁則是采用振動加水沖的制樁工藝制成的碎石樁。高速公路路基孔隙水不易滲透，在碎石樁施工時，因填筑碎石和振沖置換作用對樁周土體產生的擠壓、沖擊作用，常常會產生超空隙水壓力，并可能降低原軟土路基強度。當碎石樁施工完成后，土體中孔隙水壓力會慢慢向樁體擴散，并使土體有效應力隨之增大，隨著時間的推移，路基土體強度也會逐漸得到恢復和提高。通過對碎石樁碎石級配的調整，可有效改善軟土復合路基的排水特性，從而減少水平方向上孔隙水的滲透，繼而顯著提高土體強度。

參考文獻：

[1]樊愈斌.高速公路軟土路基施工沉降控制研究[J].建材與裝飾， 2018.

[2]石陽威，黃祥，張建維.山西建筑，2018.