1、浅析我国高等级公路软基处理研究现状与发展论文关键词:公路软基 处理 研究 发展 展望 论文摘要:对现阶段我国高等级公路软基处理方法进行了探讨,介绍了常用的软基处理方法和其理论依据,对所存在的问题作出了分析,并且对未来的发展方向进行展望。 一、高速公路软基处理研究背景 近年来,随着经济建设的不断发展,我国基础设施建设的规模愈来愈大,高速公路也迎来了大发展的崭新局面。1988 年 10 月全长 18.5km的沪嘉高速公路建成通车,此后,又相继建成全长 375km 的沈大高速公路和全长 143km 的京津塘高速公路。自 1990 年以来,我国高速公路建设进入了快速发展期,一大批高速公路相继建成通车,
2、2003 年全国交通基础设施建设投资又创历史新高,高速公路通车总里程突破 3 万公里,稳居世界第二位。交通部于 2004 年提出未来 20 年公路发展的远景规划,将在 2030 年之前建成 85 000 公里的高速公路网。高速公路的建设地域已从沿海、平原等经济发达地区向内陆腹地、山区发展。然而,受地理位置的限制,许多高速公路不得不修筑在软弱土地基上。由于软弱土地基具有的强度低、压缩性大和明显的触变性等不良特征,对于路基危害很大。因此,在路基设计与施工中,必须给予充分的重视,根据实际情况,因地制宜地处理,以提高地基的强度,减少其压缩性,改善其稳定条件。 我国地域辽阔,有各种成因的软土层,如东海、
3、黄海、渤海的滨海相沉积土;长江、珠江、闽江中下游的三角洲相沉积土;洞庭湖、太湖、洪泽湖、滇池的湖相沉积土等,其分布范围广、土层厚度大。这类软土的特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数低、沉降稳定时间长。在这类地基上修建高等级公路,若地基不经处理或处理不当,将会引起道路质量的降低甚至破坏。据调查统计,在世界各国土木、水利工程事故中,以地基问题处理不当引起的最多。而且,因地基问题造成的事故一旦发生,轻者影响使用,重者危及生命财产的安全,并且补救比较困难,补救工程费用很大。如日本的常磐高速公路神田桥自 1986 年 09 月 20 日通车后,19 个月平均每月补修一次错台,严重影
4、响了路面质量和通行能力;我国沪嘉高速公路、湖北汉宜一级公路等通车后,由于软土沉降等问题,使路面开裂,桥头错台,错台大者可达78cm,使行车速度大为下降,一直小修不断。随着高等级公路的修建,软土路基问题越来越突出,已成为影响工程质量、工程周期和工程造价的关键因素之一。因此,加强高等级公路软基处理的研究,科学地选择经济、有效的软基处理方案,是确保高等级公路的工程质量的重要措施。二、我国高等级公路软基处理研究现状 1、软弱地基基本特性的研究 软弱地基主要是指呈软塑和流塑状态的粉土和粉质粘土,是在地表下相当深度范围内存在软弱土。软弱土的主要物理力学指标表现为:天然含水量大于液限,天然孔隙比大于 1.0
5、,塑性指数 20 左右,不排水抗剪强度小于 30kPa,压缩系数 a1-2 大于 0.5MPa1。这类土具有压缩性高、强度低,排水固结慢、地基稳定性差等特性,通常很难满足地基承载力和变形的要求。因此,不能作为永久性大型建(构)筑物的天然地基。软弱地基在不同地区或在同一地区的不同路段,表现出的工程特性有较大的差异,如在软弱土厚度较大的地区,表层在长期气候的影响,含水量减小,在收缩固结作用下,其表面形成所谓的“硬壳” 。该硬壳层具有中等或低的压缩性,较高的强度。在工程上如何利用这一硬壳层,节约工程造价,积累了一定的经验。 2、高速公路软基处理的实例研究 近年来,随着高速公路大规模的建设,工程中遇到
6、的软基问题愈来愈多,在软基处理的过程中,对软土的性质、基坑开挖稳定性及其地基加固技术的研究日益深入,在软土加固的工程实践及桩基或其他类型基础的设计和施工等方面,积累了丰富的经验和大量的资料。可以说,公路软基处理的方法可涉及到所有的地基处理方法。软基加固技术由最早的采用填土缓速平衡碾压、生石灰桩、浅层换填等方法发展到下述的主要的处理方法:(1)排水预压法;(2)粉体搅拌桩深层处理法;(3)轻质路堤;(4)垫层及浅层处理;(5)自重预压,超载预压;(6) 化学方法;(7) 土工织物等加固技术;(8)砂桩、碎石桩等。国内外的软土地基加固方法归纳起来已达几十种,但目前仍然处于新老方法不断完善和发展的阶
7、段。不论采用哪种方法,就其原理说不外乎分为以下几类:(1)改良土质;(2)换置;(3)补强。从以上的软基处理方法在工程实际中的应用情况来看,对其效果评价不一,由此看来,在如此众多的软基处理方法中,要采用哪一种方法效果较好、施工方便、又节省资金,这无疑也是软基加固处理中的一个关键问题。 3、软土地基加固方案选择的研究 高速公路对地基变形量的要求很高,一般要求在使用期内路堤的工后沉降不超过 30cm,路桥搭接处不超过 10cm。大量的工程实践证明,软土地基加固工程成败的先决条件之一是地质资料的可靠性。地基加固的费用可占总投资的 1/3,甚至更大,所以选取经济、有效的加固方案非常重要。要想确定科学合
8、理的加固方案,除了 设计上重视工程地质调查外,应尽可能采用精密和现代化的勘探仪器与手段,获得准确数据,综合考虑土的特性、产生压缩变形的机理、加固方案和质检的难易程度以及施工队伍的素质等条件。 软土地基加固处理技术比较复杂,地基的沉降过程长达几十年,为使软基加固处理取得长远的效果,应尽量采用理论上成熟、计算方法完善的加固处理技术。 经过多年的实践,可以得出如下经验:(1)强夯对于以泥炭为主的软土层,仍然是有明显效应的;(2)对于基础面积较小的软粘土地基,如柱基、墩基等,采用强夯,即使不能形成良好的排水通道,产生周围隆起,但也能达到强迫预沉降、强迫换土的效果。(3)软粘土采用强夯,最好配以较疏的砂
9、井,而砂井的井径,尽可能采用较大直径,以加强压密排水效应。(4)软粘土采用强夯,孔隙压力消散迟缓,相邻夯点,先后夯击的间歇时间,常需达到 3 周5 周,如果平均按一个月计算,则整个施工期间,必须在 3 个月以上。 三、高等级公路软基处理研究存在的问题及展望 目前公路软基处理的研究己经达到了相当的水平和规模。但从国内、外现有资料来看,仍存在着一些不容忽视的问题,因此,结合当前公路软基处理研究的现状,应在相应的方面加强研究。 1、 数值计算技术没有充分表现出其优越性。 因为以太沙基(Terzaghi)的经典土力学为基础的理论公式法仍被广泛应用,所以在实际工程应用的研究中应将深入开展软土地基沉降计算
10、方法的研究和数值计算方法的实用研究作为今后的工作重点。 2、 地基加固新技术的研究还不够,应加强复合地基的应用及其研究。 对于软土层厚度较大,深层土体强度很难改善时,复合地基能将外力较合理地传递给全土层,并按桩(柱)体刚度和置换率的不同,承担不同的外力,减轻土直接受力的负担,不必对较难改善强度的深层软土进行加固处理,如采用深层搅拌桩、预制桩法均可形成复合地基,工程实践证明效果很好。 3、 地基处理方案的决策分析研究不够,目前的方案选择基本上停留在人为凭经验选取阶段。应加强公路软基处理方案的决策分析,对软基处理方法进行优选。使目前人为定性决策方法数值化、科学化和智能化。 (1)加强公路软基处理的
11、系统化研究。近年来,大量出现的实例研究为系统性的理论研究提供了基础,应着手对这些实例研究资料进行系统化的研究,对软土的工程评价,处理方法的选择等都具有重要的理论和实践意义。 (2)应用系统工程( system engineering) “ 量化评分” 法进行软基处理方法的选择。因为不同地区的土层厚度、分布、质量有所差异的,地基处理在技术、造价、时间和施工难度上均是不同的,所以只有对具体的工程地基加固采用系统工程“ 量化评分” 法进行分析、优选,才能收到较好的效果 。如上海新港址软基处理方法选择, 上港十四区对多个试验成果进行优选, 均采用系统工程的量化分析理论,得到有关专家的好评。 (3)提高
12、公路软基处理研究的智能化水平,研究表明,在工程领域,寻求最优解往往很困难,获取满意解不失为一种合理的选择,人工智能方法是目前获取满意解最好方式之一。 4、地基处理方法的选择应与环保问题结合起来。 5、地基处理效果的检测技术有待进一步发展。 6、经济快速的处理方法是有生命力的处理方法。随着工程建设的高速发展,要求对地基的处理速度要加快,周期要缩短;再由于建筑市场的开发,往往经济实惠的方法较易被市场所接受。因此经济快速的加固方法仍然是今后发展方向。 参考文献: 1张诚厚,袁文明,戴济群高速公路软基处理M北京:中国建筑工业出版社,1997 2曾国熙等地基处理手册M北京:中国建筑工业出版社,1988 3王国体,方诗圣,潘恒芳复合地基理论与其工程应用J.合肥工业大学学报,2000(6):10091012 4李坐山石灰桩粉喷桩在高速公路上的应用J东北公路,2001(4):2930 5郭耿新沪宁高速公路软基处理方法优选J地基处理,1996(1):2328 6陈希哲土力学地基基础M北京:清华大学出版社,2006.