高速公路软土路基的沉降试验分析

【摘 要】根据公路交通荷载的对公路的作用，通过实际模型试验来探究软土路基的出现沉降的问题，研究其高速公路的实际变形和孔压的变化特点，并分析出现沉降的原因，为高速公路的发展提供可靠的依据。

【关键词】高速公路；软土路基；原因分析；沉降试验

1 高速公路软土路基出现沉降的主要原因

高速公路软土路基产生沉降的原因有很多，根据相关资料和工程实际情况主要从客观情况、施工环境以及投入使用等因素进行分析。

1.1 地质、地形、气候、水文因素的影响

高速公路的施工对工程地质条件要求非常的严格，如果原有地基中含有较软夹层，或者是不同类土的特性差异很大，都会造成很大的路基沉降变形，因此在对高速公路进行填筑的过程中必须进行路基的特殊处理。特别是在沟谷、山区、水路等地段进行施工时，无论是路面的纵断面还是横断面都有一定程度地质不规则的分布，造成即使是在同一断面的路基其填筑高度也不尽相同，由于地基具有不均匀的附加应力，路堤的自重在同一断面处无法等同，再加上时间的不断积累以及路面行车的持续的磨损，则路基的横向或纵向就会迅速的出现沉降，进而对路面的正常使用带来不便。原路基土体中不可避免的存在地下水、大气降水、河流等水体，然而我们也无法完全消除这种自然因素，因此，这些自然因此就很有可能对施工的孔隙水压力造成一定的影响，进入使路基出现大面积的沉降。

1.2 路基填土后压密下沉的影响

路基进行填土后正常的情况下会产生一定程度的压密下沉，但下沉不能过大，如果下沉量过大，路面就很容易形成不规则的变形，出现这种现象的主要原因是在进行填土施工时对土体的压实密度不足造成的。因此，填土的压实密度应通过计算加以控制。

1.3 路基侧向位移对沉降的影响

如果不计软土地基的次固结沉降，其沉降的主要组成部分为一下两种：固结沉降以及侧向位移引起的路基沉降。固结沉降主要和土体自身的压缩特性及土颗粒之间的应力的息息相关。侧向变形常常引起路基的瞬时沉降，侧向变形和路面荷载引起的土体的剪应力及土固有的抗剪强度相关。如果作用于路面的外荷载增长的速度比较快，就会引起更大的侧向变形，侧向变形造成的路基沉降还与高速公路的施工速度有关。如果施工速率过快就会使填土荷载超过地基自身的极限承载能力，此时侧向位移就会急剧的增大，最为敏感的是坡脚处地基的反应，如果变形超过了限值就意味着地基土体已被剪切破坏。

1.4 路堤填筑速率对路基沉降的影响

在施工期的过程中，沉降比较大的一般发生在填土高的路段，而填土低的路段的沉降量就相对比较小。而当填土暂停施工后，路基断面各部位的沉降都将会继续延续一段时问，但是决定沉降量的主要发主在填土的过程中。随着路基填土高度不断的增加，去填土的速度也随之不断的加快，进而沉降速率也相应的加大，等到了超载预压期时在停止加载，之后沉降速率随着时间的延长而逐渐的变小，其沉降值最终趋于平缓。

1.5 路面运行中引起的沉降

高速公路施工完成在正常的使用过程中，大量的车辆不断的通过路面并将较大的荷载将传递给路基，过大的荷载就会引起路基的沉降。当前世界各国对高速公路下降规律研究投入很大，目的是找出有效的措施来提早预测因车辆而造成的路基不断累积的下沉量。

2 高速公路软土路基的沉降试验

为了探究高速公路软土路基的沉降，本文选取某一高速公路为本次试验的试验点，对其进行相关的沉降试验。

2.1 某高速公路试验点的路基概况

该高速公路试验点的路堤测定高度为35.5m，将软土地区双线路堤按照相应标准将其路基面的宽度定为15.80m。路堤的长度定为75m。根据对路基的测定，该高速公路试验点的地基土的物理性能指标见表1。

表1 地基土的物理性能指标

层号 层名 容重r（Kn/m） 层后h/m 含水量w/% 塑性指数Ip 孔隙比e 压缩模量Es/MPa

1 杂填土 - 1.4 - - - -

2 黏土 18.3 2.4 34.6 17.2 0.99 5.1

3 粉质黏土 18.2 1.6 35.1 10.5 0.99 5.1

4 淤泥质黏土 17.5 9.8 47.5 17.2 1.32 3.1

5 黏质粉土 19.2 11.8 27.8 6.9 0.82 14.2

6 粉质黏土 18.8 7.5 31.8 15.5 0.93 6.2

2.2 合理布置沉降检测点

为了探讨该高速公路路堤在工程施工期间和预压堆载期间地基沉降的一般规律，同时对塑料排水板在高速公路应用的效果进行综合的评价，我们对该段高速公路的软土地基的土体实施观测包括以下几点：孔压消散、侧向位移、沉降等内。观测点主要有：两个孔隙水压力观测孔，两个路基中心线的分层沉降孔，孔深均为40 m；一个坡脚分层沉降孔，孔深38 m；一个孔隙水压力观测孔，孔深3 m；两个测斜孔，孔深42m；十个地面沉降板。

3 高速公路软土路基沉降试验分析

该高速公路路基施工为期二年五个月，具体路基的沉降情况及进行如下的分析。

3.1 高速公路软土地基沉降的一般规律

该高速公路试验点中，在路基中心地基面的改良土和夯填土的沉降规律相比基本保持一致，经检测后发现，当填土高不大于两米时，软土地基的沉降程度相对比较小，数据显示仅为150mm，即填土的每米沉降量为75mm。但如果填土的高度大于两米后，软土地基的沉降就会有明显的上升，预压土在施工前其地基沉降已经达到470mm，沉降量增加了180mm，填筑路基的平均高度为1.0m。当路基的预压期结束后，处于中心处的路基沉降量达到600mm，坡脚的沉降量也达到了310mm。地表以下16.0m以内，经过预压期之后，其最大压缩量高达498mm，但在地表以下5m到16m的范围内，处于第四层的淤泥质粘土其压缩量高达420mm，，大约是路基总沉降量的70%，是路基的主要压缩层。

3.2 高速公路软土路基沉降速率的分析

该段高速公路试验点的沉降速率见下表2，根据表中记录的数据分析，可将高速公路路基的预压期沉降速率大致定位6～7mm/月，将以标准作为高速公路路基稳定性的控制标准。根据当表中的数据我们可以缺点该段高速公路路基在工后一年内的沉降速率将在30mm/年以下。因此，利用实测方法来推测高速公路路基总沉降量，在试验上不仅能够得到满足，同时在工程实践中也具有很大的应用价值。

表2 某高速公路软土路基的中心沉降速率（mm/月）

预压期 第N月 工后

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

夯填土 27.6 24.4 21.8 12.1 15.2 9.2 6.9 6.5 4.9 4.4 2.6 2.5 2.5

改良土 28.9 24.4 22.9 16.6 11.7 10.2 7.9 6.5 7.8 3.4 2.6 2.5 2.5

4 结束语

本文以某段高速公路为实验的，通过具体的试验数据来分析高速公路软土路基的沉降问题，首先探讨了一些高速公路软土路基的沉降的一些主要原因，然后通过对高速公路进行试验测定，分析了高速公路发生沉降的一般规律以及沉降的速率，对我国高速公路的控制沉降起到了一定的指导作用。

参考文献：

[1]王东耀等.高速公路软基最终沉降预测的范例推理方法[J].长安大学学报，2011.

[2]周红鹰.软土地基沉降计算及预测方法研究[J].公路与汽运，2010.

[3]任文峰，王星华，韩晓飞.高速铁路软土路基沉降试验研究[J].水利与建筑工程学报，2010.