高速公路軟土路基沉降分析研究

姜昌明

河北承德承秦高速公路管理處，河北承德 067000

高速公路軟土路基沉降分析研究

姜昌明

河北承德承秦高速公路管理處，河北承德 067000

我國很多的高等級公路要穿過軟土地區(qū)，由于軟土地基具有特殊的工程性質(zhì)，軟基沉降現(xiàn)象非常顯著，因此對軟土路基沉降特性的研究是工程中的主要問題之一。本文簡述了軟土路基沉降理論的概況以及沉降計算存在的問題，分析軟土的基本特性與沉降機(jī)理，針對高速公路軟基的變形和穩(wěn)定性問題，本文介紹了一些常用的軟基處理方法。

高速公路；軟土地基；沉降計算；地基處理

0 引言

我國幅員遼闊，地質(zhì)地貌條件多樣，大量的高等級公路要經(jīng)過軟土區(qū)，由于軟土路基的含水量、孔隙比大，同時其壓縮性高，滲透性、承載力差，軟土路基的沉降及其側(cè)向變形尤為顯著，且延續(xù)時間長。因此，在軟土地基上修筑高速公路，往往會導(dǎo)致路基失穩(wěn)或過量沉降。根據(jù)以往高等級公路的經(jīng)驗，很多問題都集中在軟土路基的地段[1]。軟土路基沉降分析與研究對高速公路建設(shè)有非常重要的意義。

國內(nèi)外現(xiàn)有沉降計算理論及存在的問題：已有的沉降理論計算公式方法很多[2]，包括分層總和法、e-lgp曲線法、司開普頓-比倫法、以及拉姆等人提出的應(yīng)力路徑法等，都是根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論，引入不同的簡化假定來計算地基的主固結(jié)沉降量，而未包括次固結(jié)沉降和瞬時沉降。瞬時沉降占地基總沉降量的比例相當(dāng)大，其理論計算方法主要有：1）根據(jù)土體不排水變形模量按照線彈性理論計算，也包括阿波洛尼婭等人經(jīng)有限元分析提出的修正方法；2）拉姆等人提出的應(yīng)力路徑法；3）徐少曼提出的根據(jù)二軸不排水試驗的歸一化曲線進(jìn)行計算。其中，唯有拉姆等人提出的應(yīng)力路徑法考慮了加載方式及速率的影響，但其主要為室內(nèi)試驗，且試驗的工作量大，還要有很高的試驗技術(shù)，因此很難應(yīng)用到實際工程中。

1 軟土的工程性質(zhì)及沉降機(jī)理

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。

1.1 軟土的工程性質(zhì)

軟粘土的性質(zhì)與一般粘性土不同，通過對軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計并根據(jù)大量的工程實踐，總結(jié)出軟土主要的物理力學(xué)性質(zhì)有：

1）天然含水量高；2）壓縮性大；3）滲透性??；4）抗剪強(qiáng)度低；5）流變性十分顯著；6）顯著的結(jié)構(gòu)性；7）構(gòu)造較復(fù)雜；8）粘粒含量較高，且常含有有機(jī)質(zhì)；9）一般具有較大的吸力或吸附力[3]。

1.2 軟土的沉降機(jī)理

當(dāng)土工建筑物通過路基底面將荷載傳給地基，使地基內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力和變形，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)下沉，工程上將通過向下傳遞荷載引起基礎(chǔ)下沉稱為基礎(chǔ)的沉降。地基受力所引起的變形包括形狀變形和體積變形。本文研究的沉降主要是指由正應(yīng)力作用引起的體積變形。基礎(chǔ)的沉降量及沉降差，首先與土體的壓縮性有關(guān)，其次與作用在基礎(chǔ)上的荷載大小和性質(zhì)有關(guān)。

分析地基的沉降包括兩部分內(nèi)容：1）地基壓縮變形的絕對大小，即沉降量的大?。?）地基壓縮變形隨時間的變化，即沉降速度。通常認(rèn)為土體的變形是孔隙內(nèi)水和氣體體積變化引起的。水和氣體的移動速度決定土體變形速度。

在外力作用下土體的沉降變形可分為3個階段：首先是土體承受荷載的瞬間產(chǎn)生的瞬時沉降變形；其次是在外力作用下孔隙水從土體中排出，土體逐漸產(chǎn)生體積壓縮變形。當(dāng)施加在土體上的全部應(yīng)力都由土顆粒承受時，達(dá)到不變的有效應(yīng)力狀態(tài)，土體的排水固結(jié)完成。

2 軟土地基處理

2.1 影響沉降的因素

地基沉降變形的影響因素主要?dú)w結(jié)為人為因素和自然因素兩大類。人為因素主要包括地加載方式、加載速率及基處理方法等；自然因素主要包括地基土參數(shù)的不確定性、應(yīng)力路徑與作用過程對變形的影響、土體的本構(gòu)特性、地下水位變化及溫度變化等。多種因素共同作用導(dǎo)致地基沉降變形，包括：

1）軟基土材料參數(shù)的不確定性；2）土體的本構(gòu)特性；3）應(yīng)力路徑與應(yīng)力歷史對變形的影響；4）地下水位變化對路基沉降的影響；5）溫度對軟土路基沉降的影響；6）路堤填筑速率對軟土路基沉降的影響；7）路堤填土高度對軟土路基沉降的影響；8）路基側(cè)向位移對沉降的影響。

此外，地表水的沖刷、植被、土體中水分遷移對沉降變形亦有影響。

2.2 常用地基處理方法

地基處理的方法很多，可以從不同角度來分類，一般是根據(jù)地基處理的原理來進(jìn)行分類，高速公路軟基處理有其自身的特點(diǎn)[4]。

1）換土墊層，此種方法可以分為：機(jī)械換土法、爆破擠淤法、拋石擠淤法、砂墊層法；2）強(qiáng)夯法；3）側(cè)向約束法；4）土工織物加固法；5）排水固結(jié)法，此法可分為：堆載法、路堤荷載壓重法、降水預(yù)壓法、真空預(yù)壓法；6）水泥土攪拌法；7）高壓噴射注漿法；8）灌漿法；9）綜合處理方法，常用的方式有[5]：砂墊層與固結(jié)排水法并用、反壓護(hù)道法與豎向排水法并用、填土預(yù)壓法與反壓護(hù)道法、填土預(yù)壓法與砂子加實樁法并用、填土預(yù)壓法與豎向排水井法并用、緩沖填土加載法與豎向排水井法并用、袋裝砂井和塑料排水板并用已在軟基加固工程中得到廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)論

通過對軟土路基沉降分析與研究，簡述了軟土路基的工程性質(zhì)，以及沉降機(jī)理，介紹了工程中常用的沉降計算與固結(jié)理論，分析軟土路基沉降因素，介紹工程中軟土地基處理的常用方法。由于軟土路基的特殊工程性質(zhì)，在工程中就必須掌握各種軟基處理方法的使用條件，因地制宜，采取切實可行的處理辦法。

[1]福建省高速建設(shè)總指揮部編.泉廈高速公路論文集[M].北 京：人民交通出版社，1998．

[2]楊濤.柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基下臥層沉降特性的數(shù)值分析[M] .北京：巖土力學(xué)出版社，2003．

[3]張誠厚，袁文明，戴濟(jì)群.高速公路軟基處理[M].北京： 建筑工業(yè)出版社，1997．

[4]高大釗，孫鈞，葉觀寶.地基加固新技術(shù)[M].北京：機(jī)械 工業(yè)出版社，1999．

[5]劉永紅，姚愛軍，周龍翔．地基處理[M].北京：科學(xué)出版 社，2005．

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1674-6708（2010）25-0143-02