沿海公路路基沉降分析與修復措施

宋書昌

（煙臺市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 煙臺 264000）

一、引言

沿海地區(qū)軟土分布廣泛，沿海公路路基多為軟土。由于軟土含水量高、壓縮性高等特點，沿海公路常出現(xiàn)不均勻沉降，此問題成為沿海公路建設必須解決的問題。

鑒于此，本文在分析沿海公路路基沉降行為的基礎上，明確沿海公路路基沉降原因，提出合理的路基沉降修復措施和修復時間，為沿海公路軟土路基設計及養(yǎng)護提供參考。

二、路基沉降行為分析

沿海地區(qū)淤泥質(zhì)軟土分布較多，軟土路基在車輛荷載作用下逐漸沉降，其沉降包括路基土瞬時沉降和固結沉降兩部分。其中軟土路基的瞬時沉降是由于路基土在車輛荷載的瞬時作用下內(nèi)部孔隙水未及時排出導致的，瞬時沉降下路基總體積不變。軟土路基的固結沉降是由于路基土內(nèi)部孔隙水排出導致的，固結沉降下路基總體積變小，此為軟土路基的主要沉降類型。此外，在內(nèi)部孔隙水完全排除后，路基土在持續(xù)荷載作用下產(chǎn)生長期沉降。

三、路基沉降原因分析

長期沉降過程中，軟土蠕變特性是其主要原因，其過程包含軟土固結，因此軟土路基的蠕變特性是研究路基沉降的關鍵因素。本文采用固結蠕變試驗研究其蠕變特性，包括一維蠕變試驗和三軸蠕變試驗兩部分。

（一）一維蠕變試驗

一維蠕變試驗采用杠桿式固結儀，通過對土樣施加不同荷載記錄蠕變形變，軟土蠕變形變與加載時間的關系如圖1所示。由圖1可知，每次加載后，軟土土樣均存在變形，且軟土蠕變隨加載時間逐漸減緩，表明土樣蠕變穩(wěn)定，未發(fā)生較為突然的壓縮。

圖1 軟土蠕變形變與加載時間的關系

然而此結果并不能直接表明軟土的蠕變特性，因此采用使用廣泛且誤差較少的陳氏法處理數(shù)據(jù)，重新得到軟土蠕變形變與加載時間的關系如圖2所示。由圖2可知，總體方面，軟土蠕變與時間關系不變。但就相同加載應力而言，軟土蠕變初始變形量迅速增大，后逐漸趨于穩(wěn)定。就相同加載時間而言，軟土蠕變隨施加應力增大而增大，當施加50kPa應力時，軟土蠕變僅為1.31%；當施加200kPa應力時，軟土蠕變?yōu)?.67%；而當施加400kPa應力時，軟土蠕變最大達到6.56%。

圖2 處理數(shù)據(jù)后軟土蠕變形變與加載時間的關系

（二）三軸蠕變試驗

三軸蠕變試驗采用三軸流變試驗機，按照試驗要求依次經(jīng)過負壓抽氣、水中浸泡等步驟制備土樣，在密閉性良好的壓力室內(nèi)試驗，分別施加50kPa和200kPa兩種圍壓應力，記錄不同應力作用下土樣蠕變形變。軟土蠕變與時間關系仍然不變。與50kPa應力相比，當施加200kPa應力時，軟土土樣蠕變增大，且穩(wěn)定時間較長。

由上可知，就相同應力而言，應力施加初期，軟土蠕變速度快，隨著施加時間增長，軟土蠕變逐漸放緩，最后基本不變。當施加不同應力時，軟土蠕變速度隨應力增加而減少，當施加50kPa圍壓應力時，軟土蠕變穩(wěn)定較快，最大應變僅為4.96%；當施加200kPa圍壓應力時，軟土蠕變穩(wěn)定較慢，最大應變?yōu)?.68%。

綜上可知，沿海軟土路基蠕變速率隨應力施加時間延長逐漸減緩，軟土路基蠕變形變隨應力增大逐漸增大。當施加應力較少時，軟土蠕變穩(wěn)定速度較快，當施加應力較大時，軟土蠕變穩(wěn)定時間較長。

四、路基沉降修復措施

沿海軟土蠕變引起的土體形變包括土體固結形變，其導致的路基沉降影響道路使用品質(zhì)。軟土厚度影響路基沉降速度，研究表明，軟土層厚度越大，固結所需時間越長，路基沉降越慢，因此可采用增加軟土厚度修復路基沉降。但在實際施工過程中，軟土厚度對沉降的影響程度值得關注，且何時施工修復也值得研究。

以某現(xiàn)有路基（高度3.8m，上寬25m，下寬35m）為例，軟土路堤厚度為20m和30m，不同厚度軟土沉降量隨時間變化后可知，20m軟土初期出現(xiàn)沉降，最大沉降量達到198.6mm。隨時間延長，軟土沉降量逐漸增大，沉降速度逐漸減慢，此規(guī)律與上文規(guī)律一致。完工1年后，軟土最大沉降量達315.7mm；完工3年后，軟土最大沉降量達到332.5mm；而完工5年后的沉降量與3年時間點相同，表明20m現(xiàn)有軟土路堤施工3年后，軟土沉降穩(wěn)定，即可修復。

30m軟土沉降規(guī)律與20m軟土相同，但其沉降量和沉降穩(wěn)定時間不同。完工初期，軟土最大沉降量達320.7mm，較20m軟土增加61.4%；完工1年后，軟土最大沉降量達419.8mm，較20m軟土增加32.9%；完工3年后，軟土最大沉降量達476.7mm，較20m軟土增加43.4%；完工5年后，軟土最大沉降量達489.8mm，較20m軟土增加47.3%；完工10年后的沉降量與5年時相同，表明30m軟土路堤在施工5年后沉降穩(wěn)定，即5年后修復效果最佳，同時驗證了軟土越厚，沉降所需時間越長的結論。

五、結語

軟土蠕變是沿海公路路基沉降的主要原因，通過一維蠕變試驗和三軸蠕變試驗得知，當加載應力相同時，軟土蠕變初始變形量迅速增大，后逐漸趨于穩(wěn)定；當加載時間相同時，軟土蠕變隨施加應力增大而增大。當施加400kPa應力時，軟土蠕變最大達到6.56%。當施加200kPa圍壓應力時，軟土蠕變穩(wěn)定較慢，最大應變?yōu)?.68%。

采用增加軟土厚度修復軟土沉降時，不同時間段30m軟土沉降量較20m軟土增加32.9%～61.4%。且20m現(xiàn)有軟土路堤施工3年后，軟土沉降穩(wěn)定，即3年后修復效果最佳。而30m軟土路堤在施工5年后沉降穩(wěn)定，即5年后修復效果最佳。