軟土地基路堤穩(wěn)定性與沉降的控制技術

梁俊峰

(晉中市交通建設質量安全監(jiān)督局，山西 晉中 030600)

1 工程概況

某公路工程總長約10.4 km，路基設計寬度為12 m，為二級公路。在公路沿線范圍內，存在軟土地基分布，還包括特殊性巖土，如濕陷性黃土與鹽漬土。對于濕軟路基段，其路堤填高為6.5 m，采用砂礫土作為路堤的填料。在沿線軟基段中，地下水的實際埋藏深度相對較淺，在0.4～1.2 m范圍內，高程處在978.3～978.5范圍內，為典型的潛水，補給方式為大氣降水和地表水滲透。因該工程軟基段的地形較為開闊，和民房之間的距離相對較遠，周圍無重要管線，在制定軟基處理方案時，可不考慮周圍環(huán)境造成的影響。

2 軟基處理

目前，公路軟基處理方式有很多，具體可分成以下幾類：改善地基類，如換填、擠淤和砂墊層；改善荷重結構類，如反壓護道和采用輕質填料。具體根據現(xiàn)場實際情況選用。為保證軟基處理效果，減少材料使用，還可采用多種方法進行綜合處理。比如，換填在軟土處在地表且厚度不大的情況下較為適用；擠淤在積水，且水不容易排除，沒有硬殼的情況下較為適用；反壓護道是指于路堤兩側進行護道的填筑，寬度不超過路堤，避免路堤以下地基產生隆起與擠出，在非耕作區(qū)與取土較為容易的情況下較為適用。

在該工程中，根據其地勘報告，軟基段地下水實際埋深相對較淺，在0.4～1.2 m范圍內。由于路堤填料不具透水性，所以在和軟基相接觸以后，受荷載作用，軟基水將從路堤兩側向外排出，在這種情況下，軟基將難以固結，使孔隙水壓力增加，最終導致地基強度不足而產生整體失穩(wěn)。而砂礫墊層具有較強的透水性，在受壓之后，墊層將起到排水作用，促使孔隙水壓力不斷消散，加快軟層固結速度，保證整體強度，防止路堤失穩(wěn)。為對排水邊界條件進行改善，使?jié)B流水快速從路堤范圍內排出，于地基表面鋪設一層砂墊層，其厚度為0.8 m。該砂墊層具有良好滲透性，能減小對水流造成的阻力。之后再根據地基的強度，結合沉降實際情況實施填料分層填筑。

因路堤之外的地基由于受到路堤荷載作用也會產生壓應力與剪應力，所以地基處治范圍應比路堤的底部寬度略大，以此保證地基整體穩(wěn)定性，避免側向變形和因此產生的沉降。根據現(xiàn)行規(guī)范，實際處治范圍需要比路堤底部兩側分別寬出1 m。另外，為使路堤荷載得以均勻分布，保證路堤填土強度與整體性，避免沉降，還要在砂墊層的表面鋪設土工格柵。

3 路堤沉降與穩(wěn)定性分析

為了給施組計劃的制定提供正確指導，需對不同荷載條件下任意時間對應的固結度進行計算，然后以計算結果為依據，對地基土強度不斷增長予以推算，以此對不同荷載條件下地基穩(wěn)定性實施驗算，確定加荷預壓過程中沉降量，保證加載計劃可以順利完成。由于路堤荷載相對較大，所以在施工中通常采用分級增加方法。先通過前期荷載的適當施加，提高一定地基土強度，之后再逐級的施加荷載。在這種情況下，應對地基土由于固結而增加的強度實施推算，同時對不同荷載條件下的地基整體穩(wěn)定性做理論驗算。另外，針對這一充分路堤自身重量進行預壓的情況，還應對路堤荷載下發(fā)生的沉降進行初步估算，進而為之后對運營過程中產生的沉降的控制提供便利。

該工程的工期為12個月，根據當?shù)仄渌こ添椖拷涷?，在進入到10月份后，將因為氣溫很低無法進行路面施工，所以路基工期不超過5個月。根據現(xiàn)行規(guī)范的要求，對路堤進行穩(wěn)定性驗算時，需使用有效固結應力這一方法。地基土在受到路堤填料持續(xù)作用后將發(fā)生固結，使強度不斷提高。為了保證路堤在最不利狀況下的安全，對抗滑力進行計算時，在低水位的下部，實施浮重度計算；在下滑力的計算過程中，對于低水位下部，可直接采用浮重度，則在低水位和浸潤線間，應采用飽和重度。在穩(wěn)定驗算中，容重安全系數(shù)主要由所用計算方法與抗剪強度決定，即容許安全系數(shù)要根據所選計算方法與強度指標來選定，以此對工程安全與否進行準確評價。在該工程中，將容許安全系數(shù)確定為1.2。對于地基產生的沉降，通過分層總和來計算，而地基固結度則主要根據太沙基理論通過計算確定。

由填土、時間和沉降之間的關系曲線可知(圖1)，絕大部分的沉降可以在施工過程中完成，相比之下，前期沉降速度相對較快，隨著沉降的不斷完成，沉降速度越來越慢。根據路面施工完成后的沉降曲線與殘余沉降曲線可知，在路面竣工后，沉降值為139 mm，基于此，路基填筑時，實際控制高程需要高于設計高程至少139 mm，只有這樣才能使線形達到順暢。另外，針對施工完成后產生的殘余沉降，公路的管養(yǎng)部門需要切實加強監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)沉降，應立即進行填補處理。

圖1 填土、時間和沉降之間的關系曲線

根據工程的進度安排和地基強度實際增長狀況，可將路堤填筑施工分成以下三級：第一級在1～2月進行，填高為2 m，下滑力與總抗滑力分別為22.474 KN、56.692 KN，對應2.523的滑動安全系數(shù)；第二級在2～4月進行，填高為2 m，下滑力與總抗滑力分別為300.406 KN、643.392 KN，對應2.142的滑動安全系數(shù)；第三級在4～5月進行，填高為2.5 m，下滑力與總抗滑力分別為755.066 KN、1 094.399 KN，對應1.449的滑動安全系數(shù)，第三級加荷穩(wěn)定計算結果如圖2所示?？梢?，以上三級滑動安全系數(shù)都比容許穩(wěn)定系數(shù)高。

圖2 第三級加荷穩(wěn)定計算結果

4 結束語

公路工程建設中，常因地形地物影響和公路路網規(guī)劃制約而需要從軟基地帶上穿過。因軟基承載能力較低，若未加處理，將無法承受上部荷載，導致軟土以上路堤產生位移、變形和破壞。對此，必須對軟基實施處理，并對處理后的路堤沉降和穩(wěn)定性進行驗算。這樣才能使軟基處理達到預期要求，保證安全可靠性與經濟合理性。