江蘇省沿江高速公路路基設(shè)計(jì)研究

摘 要：針對(duì)江蘇省沿江地區(qū)特殊的地形特征和土質(zhì)結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析該區(qū)域高速公路路基設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，避免由于生搬硬套路基設(shè)計(jì)規(guī)范造成的高速公路質(zhì)量問(wèn)題。為其他類似江蘇沿江地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)域的高速公路路基設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：沿江 路基 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（b）-0062-02

長(zhǎng)江自西向東橫貫江蘇省境內(nèi)，分布于長(zhǎng)江南北的高速公路處于特殊的地理位置—— 長(zhǎng)江三角洲沖積平原，該區(qū)域平均填高為3～4 m，南岸多為粘土及粉性亞粘土，北岸多為粉砂性亞粘土。

鑒于其他省份沿江高速公路質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)，給當(dāng)?shù)亟煌◣?lái)諸多不便，影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，增加政府基礎(chǔ)設(shè)施投資負(fù)擔(dān)，筆者結(jié)合江蘇省沿江高速公路的實(shí)際，對(duì)路基設(shè)計(jì)提出一些自己的見(jiàn)解。

1 軟土路基設(shè)計(jì)原則

軟土地基上公路路基的設(shè)計(jì)包括沉降計(jì)算、穩(wěn)定驗(yàn)算及其相應(yīng)的處治方法的設(shè)計(jì)；施工中的沉降與側(cè)向位移（穩(wěn)定）觀測(cè)的技術(shù)要求應(yīng)作為設(shè)計(jì)內(nèi)容。在進(jìn)行軟土路基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則[1]。

（1）路基在施工期間和使用期間應(yīng)是穩(wěn)定的，不因填筑荷載、施工機(jī)械和交通荷載的作用而引起破壞，也不應(yīng)給橋臺(tái)、涵洞、擋土墻等構(gòu)造物及沿線各種設(shè)施帶來(lái)過(guò)大的變形。（2）為避免路基沉降造成涵洞、擋土墻等構(gòu)造物變形破壞，應(yīng)首先考慮提前填筑路基，在其充分沉降后再修筑構(gòu)造物的方案。（3）為避免路面的變形破壞，以及連接橋梁、涵洞等構(gòu)造物的引道路基產(chǎn)生不均勻沉降，公路應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)定年限內(nèi)的工后剩余沉降量。（4）在軟土層厚且沉降歷時(shí)較長(zhǎng)的地區(qū)及大范圍的軟土地區(qū)，有時(shí)很難使工后剩余沉降量控制在要求的范圍內(nèi)，或者雖能控制但極不經(jīng)濟(jì)時(shí)，則應(yīng)考慮設(shè)置橋頭搭板、鋪筑臨時(shí)性路面、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的分期修建方案。（5）在沒(méi)有一定厚度硬殼層的軟土地基上，不宜直接修筑填土高度小于2～2.5 m的低路基。這種低路基在交通荷載作用下，可使路面發(fā)生較大的不均勻沉降，特別是當(dāng)軟土地基不均勻，重型車(chē)輛交通量較大時(shí)，更加明顯。（6）為保證路基穩(wěn)定或控制工后剩余沉降，均需采取相應(yīng)的處理措施。在選擇處理措施時(shí)，應(yīng)考慮地基條件、公路條件及施工條件，尤其要考慮處理措施的特點(diǎn)、對(duì)地基的適用性和效果，以確定符合要求的處理措施。

2 常州至太倉(cāng)段路基設(shè)計(jì)分析

江蘇沿江高速公路常州至太倉(cāng)段工程曾獲得第七屆中國(guó)土木工程詹天佑獎(jiǎng)，是江蘇省“四縱四橫四聯(lián)”高速公路網(wǎng)的重要組成部分。整個(gè)工程起于武進(jìn)區(qū)湖塘鎮(zhèn)，止于江蘇與上海交界處的新瀏河，全長(zhǎng)134.67 km。路基寬度：董浜樞紐以西100.845 km四車(chē)道28 m，董浜樞紐以東33.825 km六車(chē)道35 m。該工程采用了多項(xiàng)新技術(shù)，進(jìn)行了一系列科技創(chuàng)新，例如“長(zhǎng)久性路面”，“瀝青上面層石料適應(yīng)性”等[2]。

江蘇省常州市至太倉(cāng)市路段位于長(zhǎng)江南岸，整個(gè)高速公路工程路基為軟土基。由于軟土具有高含水量、高液限、低密度、低強(qiáng)度、高壓縮性、低透水性，高靈敏度的特點(diǎn)，因此路基的穩(wěn)定性和沉降必須得到有效的控制。合理而有效地對(duì)這些軟土路基進(jìn)行設(shè)計(jì)成為建設(shè)高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)公路的關(guān)鍵問(wèn)題之一。以下分析常州至太倉(cāng)段高速公路在路基設(shè)計(jì)方面在筆者認(rèn)為可以采取的兩種做法。

（1）對(duì)江蘇沿江高速公路常州至太倉(cāng)段路基設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮其地質(zhì)條件為軟土，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取對(duì)土基摻石灰以提高路基的強(qiáng)度。

根據(jù)研究，沿江地區(qū)公路路基工程中摻入石灰量為5%～8%為宜。一般將土中摻入了石灰石燒成的生石灰（CaO）或其水化反應(yīng)生成物（主要為Ca（OH）2）后稱為石灰土，經(jīng)粉碎、拌勻、壓實(shí)等工序后稱為石灰穩(wěn)定土。石灰穩(wěn)定土有以下特性：石灰對(duì)土中粘性產(chǎn)生塑化作用，使土塑性指數(shù)變小，在石灰作用下，土的塑限增大而液限減小，同時(shí)其極限收縮量變小。粉質(zhì)中液限粘土在摻灰2%、4%、6%、8%時(shí)的塑性表現(xiàn)及極限收縮情況如圖1，2所示。

灰土強(qiáng)度石灰的摻入量不成線性關(guān)系，即并非摻入的石灰越多，路基的強(qiáng)度越高。當(dāng)摻灰量超過(guò)最佳量之后多余石灰極低的摩阻能力反而使得強(qiáng)度下降。因此針對(duì)常州至太倉(cāng)段高速公路工程土基的勘察結(jié)果應(yīng)當(dāng)選擇合適的摻灰比以保證路基強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)數(shù)據(jù)，該段工程的摻灰量應(yīng)控制在6%～8%為宜。

另外，石灰穩(wěn)定土的強(qiáng)度還與固化時(shí)間和固化溫度等因素有關(guān)。具體關(guān)系如圖3，4所示。

需要說(shuō)明的是，圖3中軟土摻入石灰后固化時(shí)間與強(qiáng)度之間的關(guān)系是在其他因素保持穩(wěn)定的情況下得出的，同理，圖4表示的關(guān)系也是只有溫度是變量的情況下得出的。常州至太倉(cāng)段高速公路的路基設(shè)計(jì)中應(yīng)充分將這兩幅圖展現(xiàn)的關(guān)系考慮進(jìn)去，選擇適宜的施工季節(jié)和正確的養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)度。

（2）排水固結(jié)法。

排水固結(jié)法是對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井（袋裝砂井或塑料排水帶）等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載；或在建筑物建造前在場(chǎng)地上先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。主要有以下幾種施工方法。

①堆載預(yù)壓法。

在建筑場(chǎng)地臨時(shí)堆填土石等，對(duì)地基進(jìn)行加載預(yù)壓，使地基沉降能夠提前完成，并通過(guò)地基土固結(jié)提高地基承載力，然后卸去預(yù)壓荷載建造建筑物，以消除建筑物基礎(chǔ)的部分均勻沉降。

一般情況是預(yù)壓荷載與建筑物荷載相等，但有時(shí)為了減少再次固結(jié)產(chǎn)生的障礙，預(yù)壓荷載也可大于建筑物荷載，一般預(yù)壓荷載的大小約為建筑物荷載的1.3倍，特殊情況則可根據(jù)工程具體要求來(lái)確定。

為了加速堆載預(yù)壓地基固結(jié)速度，常與砂井法同時(shí)使用，稱為砂井堆載預(yù)壓法。沙井法適用于滲透性較差的軟弱粘性土，對(duì)于滲透性良好的砂土和粉土，無(wú)需用砂井排水固結(jié)處理地基；含水平夾砂或粉砂層的飽和軟土，水平向透水性良好，不用砂井處理地基也可獲得良好的固結(jié)效果。

②真空預(yù)壓法。

真空預(yù)壓指的是砂井真空預(yù)壓。即在粘土層上鋪設(shè)砂墊層，然后用薄膜密封砂墊層，用真空泵對(duì)砂墊及砂井進(jìn)行抽氣，使地下水位降低，同時(shí)在地下水位作用下加速地基固結(jié)。亦即真空預(yù)壓是在總壓力不變的條件下，使孔隙水壓力減小、有效應(yīng)力增加而使土體壓縮和強(qiáng)度增長(zhǎng)。

③降水預(yù)壓法。

即用水泵抽出地基地下水來(lái)降低地下水位，減少孔隙水壓力，使有效應(yīng)力增大，促進(jìn)地基加固。降水預(yù)壓法特別適用于飽和粉土及飽和細(xì)砂地基。

④電滲排水法。

即通過(guò)電滲作用可逐漸排出土中水。在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場(chǎng)作用，土中的水從陽(yáng)極流向陰極，然后將水從陰極排除，而不讓水在陽(yáng)極附近補(bǔ)充，借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來(lái)提高地基承載力或邊坡的穩(wěn)定性。

目前的實(shí)際應(yīng)用中，降水預(yù)壓法和電滲排水法使用得較少。

根據(jù)施工條件及各方面因素的成熟度，常州至太倉(cāng)段高速公路在設(shè)計(jì)之初亦可考慮運(yùn)用排水固結(jié)法來(lái)提高路基強(qiáng)度，防止工程建成后出現(xiàn)因沉降而導(dǎo)致的路面開(kāi)裂等狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

高速公路是帶動(dòng)我國(guó)各地經(jīng)濟(jì)均衡快速發(fā)展的重要橋梁，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快及國(guó)家大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，高速公路建設(shè)在我國(guó)每年都成倍增加。而由于我國(guó)地緣遼闊，地形地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異性較大，因此無(wú)法將某一套設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于所有高速公路，文章選取曾獲得第七屆中國(guó)土木工程詹天佑獎(jiǎng)的常州至太倉(cāng)段高速公路工程路基設(shè)計(jì)這個(gè)特定的對(duì)象，重點(diǎn)分析了該工程所處區(qū)域的地質(zhì)條件，因地制宜地提出了路基設(shè)計(jì)方案中應(yīng)該注意的問(wèn)題。雖然該工程已建成，但針對(duì)該區(qū)域軟土基的分析以及提出的解決方案能夠?yàn)槠渌愃频刭|(zhì)條件的高速公路工程路基設(shè)計(jì)提供參考，具有一定的理論和實(shí)用價(jià)值。

文章僅為筆者從業(yè)多年來(lái)的部分經(jīng)驗(yàn)和自己將理論與實(shí)踐結(jié)合的想法，能夠從理論層面為軟土基區(qū)域高速公路路基設(shè)計(jì)打開(kāi)一些思路，相信今后在所有高速公路從業(yè)人員的共同努力之下將我國(guó)高速公路的設(shè)計(jì)和建設(shè)水平提高至國(guó)際領(lǐng)先地位。

參考文獻(xiàn)

[1]袁照杰.公路工程中軟土路基設(shè)計(jì)與處理的探討[J].廣東科技，2012，1.

[2]周應(yīng)華，繆勝林，楊有輝.關(guān)于公路軟土路基設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007，12.