1、高速公路软基沉降原因分析及治理对策【摘要】公路软基工后沉降的控制一直是工程技术人员特别重视的问题之一。本文阐明了软基沉降预测误差产生的原因，结合工程实例，对高速公路软基沉降原因进行了分析，并提出了相应的治理对策。 【关键词】高速公路软基沉降原因治理 中图分类号：U412.36+6 文献标识码： A 文章编号： 引言 近年来,随着国家和地方政府对高速公路建设的重视，越来越多的高速公路的建成通车,软土地基工后沉降量大和不均匀等问题逐渐暴露出来,一些高速公路通车后不久就因路基沉降过大和差异沉降导致路面开裂或桥头错台等。虽然在各条高速公路建设中,业主和施工单位都很重视这个问题,积极采取优化处理方案、增
2、加超载高度、延长预压时间、预估工后沉降等措施，但是仍然存在较多的问题。 一、软基沉降预测误差产生的原因 对软土的认识和利用，特别是土的结构性还研究不够，是造成沉降预测误差的主要原因之一。软土属于多孔介质，它是由土粒固体骨架与充满在骨架内的液体孔隙水、气体三相体系组成。三者在天然应力状态下保持相对的平衡，受外荷作用后，三者之间的平衡被打破，在形成新的平衡状态过程中，作用于液、气的应力逐渐向土骨架转移。液、气应力消散，土骨架有效应力增长的过程，称之为软土的固结变形。 目前，人们对软土变形机理研究多是以扰动饱和土为研究对象，对于原状土、非饱和土的变形还研究的不够，而且，软土的次固结变形机理尚未搞清楚
3、，对如何测定和划分软土的固结变形和次固结变形还存在争议。正因如此认识，沉降预测必存在误差。对于沉降计算，目前国内基本方法都是基于 e- p 压缩曲线的单向分层总和法，而没有考虑地基的侧向膨胀等原因，在实用计算时，都引用沉降计算经验系数 Ms。该方法的优点是简单实用，公式中各层的常规物理力学指标容易在实验室获得，试验费用低，因此应用广。但该方法的计算结果存在较大误差，分析其原因主要是：理论计算中变形模量 Es，1- 2 的应用范围为0.10.2MPa，而实际各分层土的竖向应力水平并非都在此范围内；Ms 的确定背景不同于路基沉降；公路路基一般是柔性基底。 二、高速公路软基沉降的实证分析 1 工程及
4、地质概况 某高速公路 K2+100m300m 路段下行线路段地处某大湖泊边，自建成通车以来，该路段填方路基沉降变形明显，路面错台、开裂、高低不平，纵横裂隙发育，其中纵向裂缝 7 条，一般长 80m120m，横向裂缝10 条，长 l0 余米，宽一般 0.8cm4cm，局部达 5cm7cm；多处裂缝砼路面沉降高差 0.5cm3.5cm，最大沉降量达 53.6cm，严重危及公路的正常使用及行车安全。 根据是否存在含淤泥质粘土及基岩面的变化情况，该路段可分为两个不同的地层区。一部分上覆地层主要由填筑土组成，厚324ml044m，下伏基岩为砂岩、泥质页岩，基岩面坡度较小，基底较稳定。另一部分上覆地层主要
5、由填筑 土、细砂、软塑状含淤泥质粘土组成，其中填筑土厚 650ml044m，细砂层顶面埋深650ml450 m，厚 400m720 m；含淤泥质粘土顶面埋深650ml260m，厚 250m1000 m；岩面 d 在纵向上坡度小，横向上坡 度较大，该区属软土地基，存在沉降变形、蠕动位移的可能性。 湖泊附近的地下水主要赋存及运动于填筑土、细砂和局部裂隙较发育的砂岩层中，这些岩土层的孔隙、裂隙较发育，具中等透水性，含孔隙、裂隙潜水，富水性中等。其他地层孔隙、裂隙小，具弱透水性。地下水主要受大气降水补给。因原始地形由上行线向下行线(湖边) 倾斜，上行线一侧山体岩土层吸收大气降水后，沿裂隙、孔隙入渗地下
6、，流经路堤向湖中潜流排泄。按场地环境类型分类规定，其属 I 类环境，地下水及湖水对砼具有强腐蚀性。 2 路基沉降变形的影响因素与原因分析 2.1 路基沉降变形的影响因素 该路段路基沉降变形的形成和发展变化主要受岩面基底地形条件、物质组成与结构特征、地下水及车辆荷载、人类工程活动等因素综合作用的结果。 2.2 路基沉降变形的原因分析 该路基的沉降变形原因有两个方面，一是沉降变形(即垂直变形)：地基中软塑状含淤泥质粘土受上部动、静荷载作用产生的固结压缩变形，以及填筑土压缩固结和后期水文地质条件改变所引起的压缩变形，其工后沉降量超过高速公路一般路段容许工后沉降量；二是局部侧向位移变形：软塑状含淤泥质
7、粘土在垂直荷载作用下侧向蠕动变形，以及后期填筑土垂向变形较大而引起的侧向变形。具体分析如以下几点。 (1)该路段地基受力层内存在软流塑状含淤泥质粘土，含水量373489，孔隙比 10081327，十字板剪切强度308kPa706kPa。该层软土分布广、厚度大，变化亦大，中央隔离带处薄，向湖岸逐渐增大，到道路绿化用地部位厚度达 5ml0m。其工程特点是极为软弱、饱水、固结差、固结系数小、高压缩性。在公路填方期间，路堤填筑土对地基产生的附加应力所引起的排水固结缓慢，土层呈欠压密状态，完工后，路基主固结沉降、次固结沉降依然存在。随着时间的推移，在路堤静荷载和车辆动荷载、振动影响下，土层孔隙中饱和水渐
8、渐排出，继续产生固结、压缩变形。由于该路段软土厚度不同，所产生的沉降变形量不均匀，压在地基上的路基沉降也不均匀，砼路面随着变形产生裂缝。 (2)在施工过程到工程结束，含淤泥质粘土都承受着填筑土的自重压力作用，因其力学强度极低，土的侧压系数、主动土压力系数较大，在排水固结尚未达到最终变形同时，该土层会产生侧向挤压，向基岩面倾斜及阻力最小的方向一湖泊缓慢蠕动。在地基变形不稳定情况下，该路段投入使用后，在车辆动荷载的同时作用下，加剧路面的破坏程度。 (3)路堤填筑土料以粗粒为主，尤其是底部抛石层，均匀性差，虽经分层碾压，其密实度仍达不到设计要求，在荷重的作用下，本身还在发生小量沉降变形。 (4)场地
9、内的填筑土、细砂和局部裂隙发育的岩层，具中等透水性，另外，公路修建后，上行线一侧未设置纵向排水沟，致使降水、地表积水下渗进入路堤，尤其是雨季大量降水，沿已破坏的砼路面裂缝直接渗入路基，从填筑土孔隙、空隙不断扩大。又因路堤地下水与湖水存在互补关系，潮起潮落对路基的作用，既降低了填筑土的物理力学强度，又易把土的细颗粒携带走，使结构变得松填筑土空隙加大，密实度变小，在自重和车辆荷载、振动作用下，加快和加大了路堤压缩变形。 3 软基沉降的治理对策 根据场地工程地质条件不同，分段采取治理措施。首先，对该路段的下行线绿化带中间采用一排高压旋喷桩作为帷幕，由于该路堤地下水与湖水存在互补关系，湖水涨落对路基的
10、填筑土(特别是软塑状含淤泥质粘土)的影响很大，涨水时湖水会渗入到路堤中使填筑土的物理力学强度降低，退时又易把土的细颗粒带走，使填筑土的空隙加大从而引起路基沉降，故对该路段宜采用高压旋喷桩作为帷幕，以隔断路堤与湖水的联系；其次，在有软塑状含淤泥质粘土的地段采用高压旋喷桩及化学(压力)灌浆进行治理，因路堤中的软塑状含淤泥质粘土具有高压缩性，力学强度低，为提高其力学强度，该段宜采用高压旋喷桩及化学(压力)灌浆进行加固治理；然后，对该路段的填筑土进行化学(压力)灌浆，充填其空隙，提高填筑土的压实度；最后，对跳车现象严重的部位进行适当抬板，保证路面的平整 ，消除跳车隐患。 结束语 该路段路基沉降变形在建成通车到施工治理前一直在持续发展，且在雨季有 明显加快的迹象。而经过施工治理后，路基稳定，运营正常，再没有出现类似的病害。说明对该路段的病害影响因素的分析评价是正确的，而对此采取的治理措施也是合理有效的。 参考文献 1吴军营：高速公路车辙原因分析和治理措施J.科技风. 2010(15) 2中华人民共和国行业标准：公路路基施工技术规范(JTG F10-2006) 3中华人民共和国行业标准：公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007) 4中国建筑工业出版社，龚晓南：地基处理手册(第三版)
