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(jīng)過軟土地段的高速公路路基很容易出現(xiàn)持續(xù)性的沉降和側(cè)向變形的現(xiàn)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(guān)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?shù)闹匾ǖ?，由于我國幅員遼闊，境內(nèi)地形地質(zhì)條件復雜多樣，因而很多高速公路必然會經(jīng)過一些軟土地區(qū)。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(jīng)過軟土地段的高速公路路基很容易出現(xiàn)持續(xù)性的沉降和側(cè)向變形的現(xiàn)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(zhì)及路基沉降機理

（一）軟土的力學性質(zhì)

軟土是指臨近湖沼、河灘，或是受地下水影響而出現(xiàn)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(zhì)松軟、易沉降變形，一些特殊地段的軟土層還具有有機質(zhì)粘粒含量高、構(gòu)造復雜的特點。這些都對軟土地基之上的公路及其附屬構(gòu)筑物的穩(wěn)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(nèi)部應力發(fā)生變化，繼而導致地基發(fā)生變形和下沉，工程上將這種向下傳遞荷載，并引起基礎(chǔ)變形的情況稱之為基礎(chǔ)的沉降?；A(chǔ)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(zhì)和時間有直接的關(guān)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(jié)，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(tài)，形態(tài)也基本穩(wěn)定，在地面施工和荷載變化的影響下，會導致地基內(nèi)部應力發(fā)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(nèi)部應力失衡的情況下，很容易發(fā)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(tài)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(yè)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(shù)據(jù);每進行一次土方填筑后進行加載，并對相關(guān)的沉降量和位移數(shù)據(jù)等進行觀測，直到其沉降量趨于穩(wěn)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(nèi)，對于沉降量異常，或存在危險事故征兆時，要持續(xù)性地觀測;路基填筑時，保證一天一觀測，當場地條件發(fā)生較大變化，或是路基變形超過相關(guān)標準要求時，應加大觀測密度。

三、軟基沉降基礎(chǔ)技術(shù)

（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(nèi)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(tǒng)的淺層處理地基的方法。該方法可從根本上改善施工區(qū)域土體性質(zhì)，在原軟土區(qū)域形成穩(wěn)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(yè)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(jīng)常被用于土工復合材料或是加筋土的結(jié)構(gòu)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(wěn)定性，當軟土地基發(fā)生沖剪破壞或變形時，土工格柵會防止破壞面的出現(xiàn)，避免土體側(cè)向擠出和出現(xiàn)路基側(cè)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(jù)路基寬度向兩側(cè)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(yè)，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(jié)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(chǎn)生的擠壓、沖擊作用，常常會產(chǎn)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(diào)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.