高速公路改擴(kuò)建施工中軟土地基處理措施

陳義兵 盛偉

摘 要：本文以來安至六合高速公路滁州北樞紐范圍內(nèi)寧洛高速雙側(cè)拼寬段為依托，解決高速公路在軟土地區(qū)拓寬項目中出現(xiàn)的各種病害，圍繞軟基沉降理論值的計算及多種處治措施，包括換采用土墊層法、輕質(zhì)填料法、預(yù)應(yīng)力混凝土灌樁法、鋪土工格柵法、水泥攪拌樁等的具體特點和各自的適用范圍展開了分析。結(jié)合某高速公路拓寬的實例項目展開研究，檢測其新老路基間在采用水泥攪拌樁做出相應(yīng)處治前后，出現(xiàn)的不均勻沉降情況，并對其處治效果做出客觀評價。

關(guān)鍵詞：高速公路;路基拓寬;軟土地基;處治措施

軟土地基的成分較為特殊，其土層主要有松土、有機質(zhì)、大空隙泥炭以及沙子等。故而其強度通常較小，提供不了多大的承載能力，含水量通常較高，滲透性也不強。這樣一來其上方公路可能會出現(xiàn)路基不穩(wěn)定，大幅度沉降之類問題。而且軟土地基處的公路，其路面更加容易開裂，橫向坡度不大。應(yīng)用銜接技術(shù)可以對高速公路的改擴(kuò)建工程質(zhì)量加以改善，故而需要對其銜接技術(shù)的應(yīng)用實施有效控制，以便于大幅度提升高速公路項目的質(zhì)量。

1 軟基路基的拓寬與沉降計算

1.1 軟基處治目的

（1）加寬后的路基會使軟基上部的荷載量相應(yīng)增加，這樣一來土體中的附加應(yīng)力也會隨之增加，土層中必然會在豎向產(chǎn)生一個較大的壓縮量。而之前的路基在之前已經(jīng)徹底固結(jié)，只會出現(xiàn)極小的沉降變形，因此新老路基間必然會形成沉降差，使地基承載力變小、導(dǎo)致路堤邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，路面出現(xiàn)裂縫等病害。（2）公路加寬工程中新老路基結(jié)合部位采用的施工技術(shù)通常比較復(fù)雜，因此質(zhì)控難度比較大，軟基處理時應(yīng)防止與路堤填筑產(chǎn)生相互干擾。（3）路基拓寬后出現(xiàn)的沉降變形基本上來自軟基上的沉降與路堤發(fā)生的壓縮，故應(yīng)該從削弱軟基變形程度，以及減小路堤填料壓縮量，這兩個方面予以解決。

1.2 軟基沉降

在針對高速公路項目的改擴(kuò)建工程展開施工時，其軟基變形可分為主固結(jié)沉降（Sc）、瞬時沉降（Sd）和次固結(jié)沉降（Ss）三個不同階段。對沉降變形進(jìn)行計算的時候，需要利用分層總和法，瞬時沉降指的是在加載那一瞬間，因孔隙水壓力排不出去，土骨架承受不住有效應(yīng)力而產(chǎn)生的，只出現(xiàn)變形而體積不會被壓縮，該沉降量取決于加載速率;軟基沉降主要是主固結(jié)沉降，當(dāng)固結(jié)時間逐漸增加時，土層內(nèi)超靜孔隙水壓會在荷載作用下逐漸消散，孔隙體積隨之不斷收縮，土骨架逐漸承受更大的應(yīng)力，從而使土體出現(xiàn)沉降，該沉降量正比于壓縮時間;次固結(jié)沉降在主固結(jié)沉降大致完成后出現(xiàn)，作用在土骨架上的有效應(yīng)力不再發(fā)生變化后，土體變形量會在土體蠕變作用下加大。

2 高速公路拓寬工程中的軟基處理

2.1 淺層軟基處理

2.1.1 換土墊層法

換填法用于對淺層軟基進(jìn)行處理，其原理是挖除地面以下3 m內(nèi)的軟土層，以水穩(wěn)性強、強度比較大的碎石、砂、粉煤灰等進(jìn)行換填處理，并按要求夯實，以強化地基的承載性能，消除地基及其下臥層當(dāng)中的沉降現(xiàn)象。

2.1.2 土工格柵

在拓寬高速公路時，在軟基上鋪設(shè)土工格柵，可在削弱地基沉降變形程度的同時，強化拓寬后路基的整體穩(wěn)定性，消除新老路基間出現(xiàn)的差異性沉降。因土工格柵具有凹凸不平的粗糙表面，能與土顆粒充分結(jié)合，二者之間的摩擦力和咬合力比較大，不易相互脫離。故而土工格柵的使用會讓軟基中產(chǎn)生加筋土，使軟土路基的抗剪、抗壓性能得以強化、減小其可壓縮性。當(dāng)土顆粒受到外力作用時，因土工格柵的壓縮彈性模量與土體不同，二者在外力作用下出現(xiàn)的抵抗變形程度也有差異，因此就會出現(xiàn)相對位移。這樣一來，土顆粒接觸土工格柵的部位就會出現(xiàn)摩擦力與咬合力，土體的抗剪、抗壓性能因此而得以強化，土體的變形性能也隨之改善。而且，土顆粒相對土工格柵發(fā)生位移時，會使纖維由于受拉而產(chǎn)生界面應(yīng)力，從而阻礙土工格柵發(fā)生相對滑動。土工格柵具有相當(dāng)不錯的抗拉性能，可以分擔(dān)不少原本作用于土體上的外部荷載，故而土體的荷載也會因此而削弱。

2.1.3 輕質(zhì)填料

輕質(zhì)材料通常質(zhì)量較小，公路加寬處以輕質(zhì)材料予以填筑處理，可減小施加在軟基上的荷載，從而削弱土體中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，減小沉降變形程度。路堤所用的輕質(zhì)填料中，比較常用的有適用于老路沉降尚未結(jié)束且對環(huán)境不是很敏感路段的石灰與粉煤灰組成的二灰，以及適用于沉降快，對路基震動要求特殊地段的泡沫混凝土。而且，應(yīng)該采用開挖高0.5 m～1.0 m、坡比1：1～1：2臺階的方式，在輕質(zhì)材料的填筑路段與其他路基間設(shè)置過渡段，以使道路保持整體穩(wěn)定。

2.2 深層軟基處理

2.2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是一種剛性樁，通常用于處理軟基上荷載比較大，要求嚴(yán)格控制變形量的高路堤路段，或者是橋頭與路堤之間的過渡段，其處治深度在12 m～20 m之間。布置時最好設(shè)計為正方形，如果場地允許，沉樁時最好采用靜壓法。

2.2.2 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁通常適用于老路沉降已經(jīng)結(jié)束，且拼寬比較大的軟土路段，或者是橋頭，其處治深度通常在8 m～20 m之間。結(jié)合《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD30-2015）要求，在處治高速公路改擴(kuò)建工程中的軟土路基時，水泥攪拌樁的樁徑應(yīng)該取在350 mm～500 mm之間，最好布設(shè)成梅花形，并在樁頂鋪厚度為20 cm的碎石層。

3 軟基處治效果的評價

來安至六合高速公路滁州北樞紐范圍內(nèi)寧洛高速拼寬段采用的改造方式為雙側(cè)加寬，該實例工程沿線具有較為復(fù)雜的地質(zhì)條件，有多處淤泥質(zhì)土、淤泥等軟土存在，且地下水位較低。本文研究對象的軟土厚約8 m，選擇以水泥攪拌樁加以處治，以有限元軟件FLAC3D5.0分析處治前后的不均勻沉降情況。

3.1 建立計算模型

FLAC3D軟件需要基于摩爾-庫倫準(zhǔn)則對軟土路基沉降展開計算，其參數(shù)較為簡單，實例工程中路基填料18 kN/m3和軟土層的容重21 kN/m3、黏聚力24 kPa、內(nèi)摩擦角26°、泊松比0.28、彈性模量0.3。水泥攪拌樁樁徑1 m，樁間距

2.4 m，樁長有10 m三種?？箯潉偠仍O(shè)定為6×104 kPa/m2，軸向剛度設(shè)定為2.8×106 kN/m。計算模型的3 824個單元網(wǎng)格尺寸取1 m，劃分為三角形，節(jié)點2 678個。模型底部采用不透水邊界，路堤頂部、邊坡坡面設(shè)置為自由邊界，地基土需要設(shè)置水平約束。

3.2 沉降分析

監(jiān)測點1#設(shè)置在老路路基中心;2#設(shè)置在新舊位置結(jié)合處;3#設(shè)置在加寬路基邊緣。結(jié)合計算結(jié)果來看：原有路基中心沉降量最顯著，加寬路基外緣的沉降最輕微。因軟基的承載能力在處置后有大幅度提升，在采用水泥攪拌樁進(jìn)行處治前后，軟基中1#、2#、3#監(jiān)測點產(chǎn)生的沉降量全部大幅降低，處治前路基沉降量最大時達(dá)到為15.3 cm，處治后最大不過6.4 cm，沉降變形消除了58.2%。足以證明在高速公路項目的拓寬過程中，采用水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處理的可行性。

4 結(jié)語

本文結(jié)合高速公路項目實際拓寬工程，分析軟土路基處治的可用措施與處治效果，得結(jié)論如下：（1）路基加寬會使軟基上部荷載加大，促使土中形成附加應(yīng)力，并產(chǎn)生明顯沉降變形，從而使新老路基間出現(xiàn)沉降不均現(xiàn)象;（2）處治路基加寬的軟基時，淺層處治措施有換土墊層法、土工格柵法、輕質(zhì)填料法等;深層處治措施有水泥攪拌樁法與預(yù)應(yīng)力混凝土管樁法等;（3）采用水泥攪拌樁對軟土路基進(jìn)行處理后，其承載力明顯提升。沉降量顯著削弱。

參考文獻(xiàn)：

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