軟土地基技術(shù)在高速公路施工中的應(yīng)用

劉晰

摘要:本文結(jié)合工程實(shí)例介紹了高速公路工程施工中軟土地基的處理。重點(diǎn)對(duì)軟粘土地基地質(zhì)勘察、高速公路軟土地基的沉降計(jì)算、公路軟基路堤沉降動(dòng)態(tài)控制三個(gè)方面做出了論述，供同行參考。

關(guān)鍵詞:軟土地基；沉降速率；動(dòng)態(tài)控制；超固結(jié)

中圖分類號(hào)：U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來(lái)越快，人們對(duì)如何節(jié)約時(shí)間也越來(lái)越關(guān)注。高速公路是節(jié)約時(shí)間促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的重要橋梁之一，近年來(lái)我國(guó)對(duì)高速公路的建設(shè)更為重視。其高速公路對(duì)地基變形的要求甚高，既要保證在路基填筑過(guò)程中及路堤永久荷載作用下地基的穩(wěn)定性，更應(yīng)減少或消除工后沉降量，避免橋涵與路段連接處出現(xiàn)過(guò)大的沉降差和沿路段縱向、橫向的不均勻沉降，防止運(yùn)行后出現(xiàn)橋頭跳車、路面不平整和開(kāi)裂損壞等現(xiàn)象。

為了控制引起路面變形的工后沉降量，應(yīng)準(zhǔn)確推算最終沉降量和求得路堤在不同歷時(shí)加載強(qiáng)度下地基的固結(jié)度。然而，在設(shè)計(jì)階段，總沉降量及其工后沉降量的大小是通過(guò)沉降固結(jié)計(jì)算求得的，估算結(jié)果是否與今后實(shí)測(cè)值相符，涉及很多因素，關(guān)系到工后沉降量控制的成敗。由于高速公路軟基成帶狀分布，線長(zhǎng)且地質(zhì)變化復(fù)雜，增大了技術(shù)的難度。以下從勘察設(shè)計(jì)、施工管理的現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)軟土地基工程地質(zhì)勘察、軟粘土地基加固方案的合理選擇、軟土工程特性及沉降動(dòng)態(tài)控制和路基施工控制標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行探討。

一、軟粘土地基工程地質(zhì)勘察

設(shè)計(jì)提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)告除提供土工試驗(yàn)成果總表外，還按標(biāo)段分層提供試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表。但對(duì)于天然地基土，即使取自同一分層的土樣，它們的試驗(yàn)指標(biāo)往往差異也很大，這種差異是各個(gè)土樣自身性質(zhì)差異的反映，不能完全單純歸結(jié)于試驗(yàn)誤差。因此把這種分層統(tǒng)計(jì)指標(biāo)或代表性壓縮曲線推廣到全標(biāo)段沉降計(jì)算的做法，經(jīng)多條高速公路實(shí)踐證明，與實(shí)際觀測(cè)成果有較大的差別，甚至嚴(yán)重失真。

因此合理的勘探思路應(yīng)該是采用較多的鑒別孔進(jìn)行普遍勘察與技術(shù)孔相結(jié)合的方法，選擇具有操作簡(jiǎn)單、性能良好的鑒別孔對(duì)全線軟粘土層，特別是土層變化復(fù)雜地段進(jìn)行詳細(xì)劃分，以便確定軟土層的深度和范圍、測(cè)定某項(xiàng)土性參數(shù)，十字板及靜力觸探試驗(yàn)均屬此類。而在控制斷面則以技術(shù)孔作為原狀取土孔，提供基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)參數(shù)，掌握各土層的物理力學(xué)特性，以期達(dá)到快速、可靠、經(jīng)濟(jì)的目的。技術(shù)孔的具體位置應(yīng)在構(gòu)造物(橋、涵、通道)、土層變化復(fù)雜的地段等位置選取。

二、高速公路軟土地基的沉降計(jì)算

1、應(yīng)力歷史對(duì)粘性土壓縮性的影響

土工試驗(yàn)表明經(jīng)歷不同應(yīng)力歷史的天然土層，具有不同的壓縮特性，通過(guò)對(duì)某高速公路原鉆探試驗(yàn)成果的分析，發(fā)現(xiàn)某地區(qū)軟粘土層處于超固結(jié)狀態(tài)，其程度由東向西逐漸增強(qiáng)。超固結(jié)比由上向下減小，深度達(dá)7～20m，進(jìn)而在優(yōu)化設(shè)計(jì)中采用了能考慮超固結(jié)土壓縮特性的沉降量估算方法，使沉降量的估算成果更加符合實(shí)際。因此定量地測(cè)定應(yīng)力歷史對(duì)粘性土壓縮特性的影響，并在設(shè)計(jì)及施工中加以考慮，是一項(xiàng)具有實(shí)際意義的工作。

2、成層軟土地基固結(jié)特性

在該高速公路沿線的土層屬于成層地基的情況，大都在層間存在粉質(zhì)土層，厚度從數(shù)厘米至十幾米。透水性強(qiáng)的砂性土不但自身壓縮量小，且壓縮穩(wěn)定快，即使是5cm左右的砂層，它的排水能力有助于對(duì)加速土層的固結(jié)。故建議在設(shè)計(jì)中對(duì)Ip<7、顆粒級(jí)配中粘粒含量又小于10%的土層可作為相對(duì)排水層處理，以起到縮短排水距離，加快地基固結(jié)的作用。

三、高速公路軟基路堤沉降動(dòng)態(tài)控制方法

1、最終沉降量的推算

在路堤的實(shí)際施工中，大多采用多級(jí)加載方式，各級(jí)荷載的起止時(shí)段一般相差較大，再加上軟土層埋深的不同，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)沉降過(guò)程線大多呈多折式沉降遞增型曲線，每加一次荷載，就出現(xiàn)沉降量明顯加快的過(guò)程，若不再加載，經(jīng)歷一定歷時(shí)后，沉降速率隨之放慢。為了提高推算成果的質(zhì)量，首先必須十分重視沉降板、桿的埋設(shè)和連接質(zhì)量以及沉降觀測(cè)的精度，只有在地基經(jīng)受包括路面荷載在內(nèi)的全荷載作用后，當(dāng)荷載恒定，實(shí)測(cè)到具有精度較高的歷時(shí)3個(gè)月以上的2～3次沉降觀測(cè)成果方能外延和推算，推算方法則依據(jù)收斂規(guī)律來(lái)選擇。一般采用雙曲線法或指數(shù)法推算最終沉降量，采用最終沉降量的推算方法，理論上比較合理，但由于各種原因，如施工過(guò)程造成觀測(cè)點(diǎn)破壞，沉降資料不連續(xù)，實(shí)際操作比較困難時(shí)，一般采用比較方便的沉降速率控制法。

2、沉降動(dòng)態(tài)控制方法

在分析了大量高速公路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)沉降曲線基礎(chǔ)上，推算了各典型斷面觀測(cè)點(diǎn)滿足工后沉降時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降速率值，以其作為施工控制標(biāo)準(zhǔn)。即按3～4等水準(zhǔn)測(cè)量精度的月沉降速率作為施工控制標(biāo)準(zhǔn)。以下是具體步驟與方法：

路堤填筑期加（2）堆、等載預(yù)壓期（3）超載預(yù)壓期（4）填筑瀝青混凝土下面層的條件是，當(dāng)路堤施工至基層頂面后，在原地面連續(xù)2個(gè)月的實(shí)測(cè)沉降速率應(yīng)小于3mm/月；

（5）為滿足車輛在橋頭高速行駛過(guò)程的平穩(wěn)、舒適，在橋頭有搭板設(shè)置的情況下，橋頭沉降引起縱坡變化必須小于Δi=0.4%～0.6%，沉降差應(yīng)小于3～4cm，作為初期養(yǎng)護(hù)處理標(biāo)準(zhǔn)。按上述控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)路堤施工全過(guò)程實(shí)施動(dòng)態(tài)有效控制，在滿足施工總工期和允許工后沉降量的前提下，確保各結(jié)構(gòu)層的施工厚度，達(dá)到路面一次鋪筑成功和路面工程厚度變動(dòng)量最小的目的。

結(jié)束語(yǔ)

從公路勘察設(shè)計(jì)、施工管理現(xiàn)狀出發(fā)，提出合適的勘探手段和勘探技術(shù)，掌握沿線復(fù)雜軟粘土的深度、分層及各土層的物理、力學(xué)特性，選擇考慮不同應(yīng)力壓縮特性的沉降計(jì)算方法，以優(yōu)化軟土地基處理。也可達(dá)到快速、可靠、經(jīng)濟(jì)地提供成果的目的；定量測(cè)定應(yīng)力歷史對(duì)粘性土壓縮。 特性的影響，選擇能考慮這一特性的沉降估算方法，使沉降量估算成果更符合實(shí)際，方案選擇更合理；針對(duì)不同施工工期，結(jié)合高速公路工程實(shí)際，采取優(yōu)化設(shè)計(jì)地基處理方法。從路基開(kāi)始施工起，進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)，分析其變化規(guī)律，為進(jìn)一步優(yōu)化各種處理方法和后期再加載處理提供了依據(jù)，可達(dá)到處理效果好、工程質(zhì)量高的目的；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料表明，對(duì)路堤施工全過(guò)程實(shí)施沉降動(dòng)態(tài)控制，即堆、等載工況下，橋頭沉降速率按0.3cm/月、路段按0.5mm/月，在超載工況下按0.8cm/月進(jìn)行控制，可確保路面結(jié)構(gòu)層施工厚度變動(dòng)量最小，橋頭工后沉降小于3～4cm。通過(guò)某高速公路按上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制證明，合格率達(dá)95%～99.2%。說(shuō)明提出的控制標(biāo)準(zhǔn)能有效減少工后沉降量，保證了工程質(zhì)量，為推廣應(yīng)用提供了依據(jù)。