淺談高速公路地基沉降處理方法

楊　山

摘要：為了滿足日益增長(zhǎng)的交通要求和提高道路服務(wù)水平，更好地為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，有必要對(duì)原高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建，近年來(lái)己有不少地方對(duì)舊路進(jìn)行了改造。本文首先論述了高速公路地基沉降處理方法研究的必要性，繼而對(duì)高速公路地基沉降處理的不同方案進(jìn)行了分析，以期對(duì)我國(guó)當(dāng)前的高速公路地基沉降處理提供一點(diǎn)可借鑒之處。

關(guān)鍵詞：高速公路 地基沉降 方法

0 引言

近年來(lái)己有不少地方對(duì)舊路進(jìn)行了改造，多數(shù)為拓寬工程，但已拓寬的路面在開(kāi)放通車(chē)后的一段時(shí)間內(nèi)，個(gè)別地段在老路部分相繼發(fā)生了縱向開(kāi)裂現(xiàn)象，裂縫寬度視路堤高度、軟土厚度及其性質(zhì)等變化而不同，雨水由此滲入，加劇了路面結(jié)構(gòu)層的破壞。裂縫產(chǎn)生的原因主要是由于在拼接荷載的作用下，新老路基之間產(chǎn)生的反盆形不均勻沉降。因此高速公路拼接工程中的差異沉降，是設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，如處理不當(dāng)，極易導(dǎo)致路面的拉裂，影響路堤的使用，給行車(chē)安全帶來(lái)隱患。因此為了對(duì)以后的高速公路改擴(kuò)工程提供指導(dǎo)，必須對(duì)高速公路的差異沉降的控制問(wèn)題進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。地基處理方案的選擇，可分為排水固結(jié)法、復(fù)合地基法和輕質(zhì)材料法三類。排水固結(jié)法本身不能減小總沉降量，主要是加快土體的固結(jié)速度。為了防止差異沉降，必須在新老路基之間設(shè)置分隔墻(地下連續(xù)墻)，將新拼接路基的荷載對(duì)原路基的影響完全隔離，消除附加沉降的影響，是可靠的處理方案，此時(shí)新拼接路基可以選擇價(jià)格低廉的塑料排水板加超載預(yù)壓，采用加快排水固結(jié)的方案處理，同時(shí)也可防止由于抽水清淤而對(duì)老路基造成的附加沉降的產(chǎn)生，但工期較長(zhǎng)，約須至少三年左右工期，適用于軟基以下存有孔隙比小于0.6-0.7承載能力高的土層的情況。復(fù)合地基法，主要是通過(guò)加固拓寬部分的地基來(lái)達(dá)到減小差異沉降的目的。在高速公路上，傳統(tǒng)的地基加固的方法主要是采用粉(濕)噴樁、旋噴樁，通過(guò)形成復(fù)合地基，在提高地基承載力的同時(shí)，起到減小差異沉降的目的。

1 輕質(zhì)路堤填料的應(yīng)用分析

軟土地基高速公路的工程中，軟土地基的沉降自施工開(kāi)始之日起己發(fā)生，從路面竣工或開(kāi)放交通以后在道路使用的一段時(shí)間內(nèi)的沉降通常稱為工后沉降。有效的控制路堤的工后沉降是保證高速公路使用質(zhì)量的關(guān)鍵，特別是對(duì)沉降要求極高的高速公路拼接工程。減輕路堤的重量(同時(shí)保證滿足使路堤邊坡穩(wěn)定所需的路堤本身強(qiáng)度和變形)，使軟土地基所承受的上覆路堤荷載減小，進(jìn)而減小地基的壓縮量，使路堤的沉降量減小。為了保證路堤的穩(wěn)定性，又能達(dá)到減小路堤沉降的目的，所采取的減輕路堤重量的方法應(yīng)是尋找一種具有足夠強(qiáng)度且不易壓縮變形的輕質(zhì)材料作為路堤填料。從目前國(guó)內(nèi)減小路堤重量的措施來(lái)看，主要是粉煤灰，EPS(Expanded Polystyrene)聚苯乙烯硬泡沫塑料近年來(lái)也逐漸在我國(guó)的高速公路的建設(shè)中采用，在國(guó)外己有不少成功的經(jīng)驗(yàn)，但在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用中還處于起步階段；還有SLM(采用珍珠巖焙煉面成的輕質(zhì)粒料)，在上海的多條一級(jí)公路中己采用，同時(shí)還有泡沫輕量土等。

2 排水固結(jié)法

2.1 排水固結(jié)法原理 排水固結(jié)法是采取措施將土中的水排走，促使減小土體的孔隙，使其密度增加、強(qiáng)度提高的方法，是較為經(jīng)濟(jì)的一種軟土地基的加固方法。排水固結(jié)法的加固機(jī)理是通過(guò)向土體中打設(shè)塑料排水帶或砂井，在土體中形成豎向排水通道與地面水平排水砂層相連，組成排水系統(tǒng)，利用路堤本身的荷載進(jìn)行堆載預(yù)壓，促使土體中的孔隙水排出，有效應(yīng)力增加，從而達(dá)到土體固結(jié)的目的，提高地基的承載力，從而減小建筑物的工后沉降量。排水固結(jié)法加固軟土地基的原理是在軟基表面施加等于或大于設(shè)計(jì)使用荷載，經(jīng)過(guò)施工期的預(yù)壓后，完成大部分或絕大部分的沉降。對(duì)于以工后沉降作為控制標(biāo)準(zhǔn)的高速公路來(lái)說(shuō)，可以起到有效減小工后沉降的作用，但其本身并不能有效的減少總沉降量，當(dāng)然可以部分的減小由于路面結(jié)構(gòu)層的自重所產(chǎn)生的沉降量。其使用一般應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件配合等超載預(yù)壓措施。

2.2 高速公路改擴(kuò)工程中的排水固結(jié)法 在新建高速公路的建設(shè)中，現(xiàn)有的施工實(shí)踐表明，排水固結(jié)法能加快非砂性土地基的固結(jié)速度，效果較好，一般情況下，路基在預(yù)壓后固結(jié)度可達(dá)到85%-95%，是經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法。從排水固結(jié)法的加固機(jī)理可知，其不能有效減小地基的總沉降量，因此在高速公路的拼接工程中，由于老路下的地基的固結(jié)已基本完成，采用排水固結(jié)法進(jìn)行新拼接地基的地基處理方案就具有一定的特性。首先，從拼接段地基的變形規(guī)律來(lái)看，由于在拼接荷載的作用下，新老路基間將產(chǎn)生差異沉降，當(dāng)其達(dá)到一定量級(jí)時(shí)，必將導(dǎo)致路面的開(kāi)裂。采用排水固結(jié)法處理的地基，一般都是軟弱地基，因此在路堤荷載的作用下，只能加快地基的固結(jié)速度，而不能有效的降低地基的沉降，因此在施工期易導(dǎo)致路堤的開(kāi)裂。其次，排水固結(jié)法一般需結(jié)合等、超載預(yù)壓，兩側(cè)堆載土方的存在，將會(huì)進(jìn)一步增大附加沉降量和對(duì)路堤構(gòu)成危害，同時(shí)也會(huì)對(duì)原路的排水造成一定的影響。由此可見(jiàn)，在高速公路的拼接工程中，如采用排水固結(jié)法(向地基中打設(shè)砂井或塑料排水板)進(jìn)行軟基處理時(shí)，為滿足拼接工程的需要，需采取一定的輔助防護(hù)措施。針對(duì)其處理時(shí)沉降量大，因此在其使用過(guò)程中，需采用必要的隔離措施，將新拼接荷載對(duì)老路的影響進(jìn)行隔離，即在新老路基之間打設(shè)沉降隔離墻(地下連續(xù)墻)，將新拼接的荷載對(duì)原路的影響完全或部分隔離，防止由于沉降過(guò)大而導(dǎo)致原路的開(kāi)裂。同時(shí)也有效地隔離了新老路基下的滲流的產(chǎn)生，其作用此時(shí)就相當(dāng)于豎向防滲墻，其持力層應(yīng)設(shè)在透水性差的硬粘土層上。由于工序較多、施工時(shí)間亦長(zhǎng)，以及新拼接路基需要較長(zhǎng)的預(yù)壓期(約需至少2-3年)，適用于軟基以下存在孔隙比小于0.6-0.7承載力高的土層情況。對(duì)于對(duì)工期要求相對(duì)較緊的高速公路的拼接工程來(lái)說(shuō)，其使用受到一定的限制。

3 復(fù)合地基法

復(fù)合地基是指天然地基經(jīng)地基處理后一部分土基得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土或被改良的天然地基土體)和增強(qiáng)體(樁體)兩部分組成的人工地基。在荷載的作用下，天然地基和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載。復(fù)合地基中不同材料構(gòu)成的增強(qiáng)體具有不同的自身強(qiáng)度和剛度，其受力機(jī)理和破壞特性亦不同。

3.1 水泥土樁復(fù)合地基 水泥土樁復(fù)合地基主要是利用水泥與軟粘土中的水發(fā)生水介和水化反應(yīng)，反應(yīng)的結(jié)果使軟土中大量的自由水被吸收成結(jié)晶水并固定下來(lái)，從而生成具有一定強(qiáng)度的柱體，起到加固地基的作用，是目前比較常用復(fù)合地基軟基加固方法。水泥粘土固化過(guò)程的物理化學(xué)機(jī)理與混凝土的硬化機(jī)理是不同的，混凝土的硬化作用主要是由砂石等骨料在水泥的水介和水化作用下進(jìn)行固化，由于水泥用量多，所以其凝結(jié)速度快，凝結(jié)強(qiáng)度高。而水泥土固化過(guò)程中由于水泥摻入量很少，它是由粘土包圍水泥，因此與混凝土不同，水泥粘土的固化速度慢，強(qiáng)度亦低，并隨含水量的變化而改變。

3.2 控沉疏樁復(fù)合地基 預(yù)制混凝土樁基工程與一般基礎(chǔ)工程相比，具有樁材質(zhì)量好、施工快、工程地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、場(chǎng)地文明等特點(diǎn)，被廠泛應(yīng)用于各類建筑物和構(gòu)造物的基礎(chǔ)工程上，如高層建筑、公共建筑、一般工業(yè)與民用建筑、港口、碼頭、高速公路、橋梁、重型機(jī)床、倉(cāng)庫(kù)、護(hù)岸等領(lǐng)域。大量的工程實(shí)踐證明，預(yù)應(yīng)力管樁具有如下優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處:①可工程化生產(chǎn)，成樁質(zhì)量可靠；②耐久性好，單樁承載力高，單位承載力價(jià)格便宜；③設(shè)計(jì)選用范圍廣，容易布樁。對(duì)樁端持力層起伏變化的地質(zhì)條件適應(yīng)強(qiáng)；④運(yùn)輸起吊方便，施工前期準(zhǔn)備時(shí)間短，施工速度快、工期短，施工現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)潔文明。⑤樁身耐打性好，穿透能力強(qiáng)。⑥施工監(jiān)理、沉樁質(zhì)量監(jiān)測(cè)方便。

預(yù)應(yīng)力管樁在工業(yè)與民用建筑中應(yīng)用廣泛，且己形成比較成熟的理論，主要以承載力和沉降控制為主。由于高速公路的路堤荷載一般較小，因此從承載力上考慮，其一般都能滿足要求，因此應(yīng)以沉降控制為主，即應(yīng)以控制沉降的理論來(lái)進(jìn)行剛性樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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