對(duì)高速公路軟土路基穩(wěn)定性的研究探析

李永產(chǎn)

摘 要：由于軟弱土地基是需要人工進(jìn)行處理的不良地基，在進(jìn)行工程施工中遇到的問題也是最多的，因此對(duì)軟土路基的穩(wěn)定行研究便是有重要意義的，本文便對(duì)高速公路軟土路基的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入的研究，并對(duì)軟土路基的特點(diǎn)、存在問題以及其穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀及處理措施進(jìn)行了深入的探討。

關(guān)鍵詞：高速公路；軟土路基；穩(wěn)定性研究

1 引言

工程建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基的情況。軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的細(xì)粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長、靈敏度高、擾動(dòng)性大、透水性差、明顯的結(jié)構(gòu)性和流變性、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。鑒于軟土的以上性質(zhì)，在軟土地基上修筑路基，若不加處理，往往會(huì)發(fā)生沉降、塌陷、側(cè)向位移、開裂等病害，導(dǎo)致路基失穩(wěn)。因此，軟土路基的穩(wěn)定性問題是道路建設(shè)中的一個(gè)重要問題。

2 高速公路軟土路基的穩(wěn)定性的特點(diǎn)

高速公路的自身的修建的特點(diǎn)及項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)的軟土的自身性質(zhì)影響著軟土路基路堤的穩(wěn)定性，軟土具有天然含水量高、強(qiáng)度低、透水性弱、孔隙比大、壓縮性好、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)但容易受到干擾等自身特點(diǎn)，因此當(dāng)在軟土上進(jìn)行施工時(shí)，便十分容易產(chǎn)生路基路堤不穩(wěn)定的現(xiàn)場(chǎng)。由于高速公路的等級(jí)一般都較高，并且技術(shù)要求很高，造價(jià)也很昂貴，因此高速公路對(duì)路基的穩(wěn)定性的要求是十分嚴(yán)格

的。由于高速公路的整條線路很長，并且整條線路的地形及地質(zhì)條件又是十分復(fù)雜的，在進(jìn)行高速公路工程施工時(shí)，施工車輛及施工機(jī)械通行較頻繁且施工順序變化大，因此像其他民用建筑那樣對(duì)軟土路基進(jìn)行精心的施工以及詳細(xì)的勘探是不切實(shí)際的，這些也都導(dǎo)致了軟土地基的特點(diǎn)以及被擾動(dòng)和受壓的狀態(tài)是不易被掌握的，也導(dǎo)致軟土路基的穩(wěn)定性是比較困難的。

3 修建高速公路軟土路基存在的問題

軟粘土是一種近代沉積物，它是在第四紀(jì)后期由三角洲相、湖沼相、瀉湖相等所形成的河流沉積物或是粘性土沉積物，在這些沉積物中，最軟弱的應(yīng)該是淤泥質(zhì)土以及淤泥。由于這些軟粘土具有壓縮性大，抗剪性差、含水量高這些特點(diǎn)，因此當(dāng)其在受到外力荷載的情況下，承載強(qiáng)度不夠便會(huì)導(dǎo)致地基失穩(wěn)沉降甚至倒塌。在軟土上修建高速公路存在的兩個(gè)最困難的問題就是沉降以及失穩(wěn)。而其中穩(wěn)定性又是最重要的問題，它與整個(gè)工程的質(zhì)量及施工進(jìn)度等都是息息相關(guān)的。由于新世紀(jì)工程項(xiàng)目中，在軟土地區(qū)進(jìn)行高速公路建設(shè)的項(xiàng)目也是越來越多，并且按要求必須在軟土路基上填筑路堤。為了在施工后滿足軟土沉降的嚴(yán)格要求，就必要縮短填筑路堤的時(shí)間從而增加預(yù)壓的時(shí)間，這就會(huì)導(dǎo)致施工的工期被大大壓縮，在工期如此緊張的情況下進(jìn)行施工，這對(duì)軟土路基的穩(wěn)定性提出了很高的要求。從目前我國已經(jīng)修建的高速公路軟土路基項(xiàng)目得到的經(jīng)驗(yàn)顯示，我們的施工及設(shè)計(jì)人員對(duì)軟土的認(rèn)識(shí)仍然存在不足并且施工工藝及加固方法都存在錯(cuò)誤，對(duì)高速公路軟土路基的穩(wěn)定性的計(jì)算方法上也需要進(jìn)一步的研究及探討。

4 高速公路軟土路基的穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

4.1軟粘土強(qiáng)度增長規(guī)律的分析

軟粘土土體的固結(jié)效應(yīng)會(huì)對(duì)高速公路工程的施工產(chǎn)生重要的影響。但對(duì)軟土路基進(jìn)行深層加固時(shí)，軟土的結(jié)構(gòu)因加固操作勢(shì)必會(huì)受到擾動(dòng)并且產(chǎn)生孔隙水所帶來的壓力，軟粘土的抗剪強(qiáng)度也勢(shì)必會(huì)下降，因此當(dāng)軟粘土地基受到荷載時(shí)，便很可能產(chǎn)生失穩(wěn)。當(dāng)隨著深層加固施工進(jìn)行的同時(shí)，軟粘土的強(qiáng)度也會(huì)逐漸提高。這主要是由于加固施工所以其的孔隙水壓力很逐漸消失，這樣原本已消失的有效應(yīng)力會(huì)逐漸的恢復(fù)，強(qiáng)度便又得到了提高。若想保證軟土地基的穩(wěn)定性，就要保證地基承載力的增加與固結(jié)的變化相互適應(yīng)，因?yàn)檐浾惩恋膹?qiáng)度是隨著固結(jié)的變化而變化的，而地基承載力的增長也是以土的強(qiáng)度增長而增長的。我國在上個(gè)世紀(jì) 60 年代初期就已經(jīng)對(duì)軟粘土的強(qiáng)度規(guī)律進(jìn)行了研究，當(dāng)時(shí)的研究人員提出了有效固結(jié)應(yīng)力法及有效應(yīng)力法兩種研究方法。有效固結(jié)應(yīng)力法忽略了軟粘土因剪縮所引起的強(qiáng)度變化，而主要考慮軟粘土因軟粘土因壓縮所引起的強(qiáng)度變化。所以在相應(yīng)的軟粘土強(qiáng)度變化的公式中忽略了因剪切所引起的孔壓，只記入了因壓縮所引起的孔壓。而有效應(yīng)力法則是結(jié)合三軸固結(jié)排水實(shí)驗(yàn)，并通過引入應(yīng)力圓的理論從而確定軟粘土的強(qiáng)度增長規(guī)律。

4.2 軟土路基的穩(wěn)定性控制工作

路基施工時(shí)的加荷載速率對(duì)穩(wěn)定性也有著重要影響。加荷載時(shí)，剪應(yīng)力在增大，軟粘土的強(qiáng)度也在提高。所以要做好穩(wěn)定性控制，這樣才能保證地基的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性控制主要包括：合理確定加載計(jì)劃以及穩(wěn)定性觀測(cè)工作。合理確定加載計(jì)劃可以有效的保證軟粘土的強(qiáng)度變化與加載計(jì)劃相適應(yīng)。但是由于計(jì)劃階段的計(jì)算參數(shù)不夠精確，這就會(huì)導(dǎo)致與工程的實(shí)際狀況存在差異，因此在確定加載計(jì)劃的同時(shí)，做好觀測(cè)工作，通過觀測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工工作并確保其穩(wěn)定性。穩(wěn)定性觀測(cè)也是穩(wěn)定性控制的最主要工作。穩(wěn)定性的觀測(cè)工作主要包括：側(cè)向位移觀測(cè)，孔隙水壓力觀測(cè)以及軟粘土沉降觀測(cè)等工作。由于孔隙水壓力可以直接的了解地基中軟粘土的團(tuán)結(jié)狀況，因此它也是工程施工期間對(duì)地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的最有效方法。做好孔隙水壓力觀測(cè)也是穩(wěn)定性觀測(cè)工作的重點(diǎn)。

4.3 高速公路軟土路基的計(jì)算理論研究

軟粘土的強(qiáng)度較低是導(dǎo)致軟土路基路堤或堤壩失穩(wěn)甚至倒塌的最重要原因。在較為均勻的軟土路基中，路基失穩(wěn)多是由于路堤或堤壩沿圓弧形畫面移動(dòng)所引起的，這也是經(jīng)過多次試驗(yàn)證明過的。所以為驗(yàn)算軟土路基的穩(wěn)定性，研究人員多采用極限平衡法對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。圓弧法是極限平衡法的代表方法，其首先由一名瑞典科學(xué)家提出，它首先應(yīng)假定平面應(yīng)變并且將滑面視為圓筒面。這樣在進(jìn)行力的分析時(shí)，就可以將圓筒面分為許多同樣的豎條并且豎條之間的力大小一樣且方向平行于滑面。這樣整個(gè)滑面滑動(dòng)力矩與穩(wěn)定力矩之比就可以作為驗(yàn)算其穩(wěn)定性的依據(jù)。后期，許多專家學(xué)者又對(duì)這種圓弧法進(jìn)行了改良及完善，目前的驗(yàn)證方法已經(jīng)是很成熟的了。

5 高速公路軟土路基穩(wěn)定性的處理措施

1）增加路基土的固結(jié)排水速率。通過抽真空、設(shè)砂井等方法使軟土路基排水固結(jié)沉降增大，這樣可以提高軟土土體的強(qiáng)度同時(shí)提高穩(wěn)定性。

2）延長施工預(yù)壓期。施工的加載提高時(shí)，軟土地基的強(qiáng)度也會(huì)隨之提高，通過縮短填土?xí)r間可以增加施工的預(yù)壓期，這樣軟粘土路基施工時(shí)的沉降問題便會(huì)在施工期間顯現(xiàn)，這樣也更容易得到解決，從而提高路基的穩(wěn)定性。

3）減小軟土路基的總沉降。提高路基的承載力并減少路基的總沉降，可以通過采用樁體復(fù)合地基等方法實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)論

結(jié)果表明，填土和軟土的黏聚力、內(nèi)摩擦角、填土容重、下臥層厚度對(duì)三種模式下的軟土路基的穩(wěn)定性均存在不同程度的影響，且同一因素對(duì)于不同模式的影響也存在一定的差異。

1）在以上三種模式下，路基的安全系數(shù)較低，其穩(wěn)定性隨著填土層或軟土層內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的增大而增加，隨填土容重的增加而下降。

2）在以上三種模式下，土層受內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的影響程度不同，其大小取決與該層在整個(gè)路基穩(wěn)定性影響深度范圍中所占的比例。

3）軟土地區(qū)高路堤路基的安全系數(shù)較低，且隨著水位的增高，安全系數(shù)降低。

4）一定范圍內(nèi)，下臥層的厚度增加會(huì)引起路基安全系數(shù)下降，超過影響厚度范圍后，厚度變化基本不會(huì)造成安全系數(shù)的變化。

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