高速公路软土路基沉降分析研究

摘要 我国很多的高等级公路要穿过软土地区,由于软土地基具有特殊的工程性质,软基沉降现象非常显著,因此对软土路基沉降特性的研究是工程中的主要问题之一。本文简述了软土路基沉降理论的概况以及沉降计算存在的问题,分析软土的基本特性与沉降机理,针对高速公路软基的变形和稳定性问题,本文介绍了一些常用的软基处理方法。

关键词 高速公路;软土地基;沉降计算;地基处理

中图分类号U416 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)25-0143-02

0 引言

我国幅员辽阔,地质地貌条件多样,大量的高等级公路要经过软土区,由于软土路基的含水量、孔隙比大,同时其压缩性高,渗透性、承载力差,软土路基的沉降及其侧向变形尤为显著,且延续时间长。因此,在软土地基上修筑高速公路,往往会导致路基失稳或过量沉降。根据以往高等级公路的经验,很多问题都集中在软土路基的地段[1]。软土路基沉降分析与研究对高速公路建设有非常重要的意义。

国内外现有沉降计算理论及存在的问题:已有的沉降理论计算公式方法很多[2],包括分层总和法、e-lgp曲线法、司开普顿-比伦法、以及拉姆等人提出的应力路径法等,都是根据太沙基一维固结理论,引入不同的简化假定来计算地基的主固结沉降量,而未包括次固结沉降和瞬时沉降。瞬时沉降占地基总沉降量的比例相当大,其理论计算方法主要有:1)根据土体不排水变形模量按照线弹性理论计算,也包括阿波洛尼娅等人经有限元分析提出的修正方法;2)拉姆等人提出的应力路径法;3)徐少曼提出的根据二轴不排水试验的归一化曲线进行计算。其中,唯有拉姆等人提出的应力路径法考虑了加载方式及速率的影响,但其主要为室内试验,且试验的工作量大,还要有很高的试验技术,因此很难应用到实际工程中。

1软土的工程性质及沉降机理

软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。

1.1软土的工程性质

软粘土的性质与一般粘性土不同,通过对软土的物理力学性质指标进行统计并根据大量的工程实践,总结出软土主要的物理力学性质有:

1)天然含水量高;2)压缩性大;3)渗透性小;4)抗剪强度低;5)流变性十分显著;6)显著的结构性;7)构造较复杂;8)粘粒含量较高,且常含有有机质;9)一般具有较大的吸力或吸附力[3]。

1.2软土的沉降机理

当土工建筑物通过路基底面将荷载传给地基,使地基内部产生了应力和变形,从而导致基础下沉,工程上将通过向下传递荷载引起基础下沉称为基础的沉降。地基受力所引起的变形包括形状变形和体积变形。本文研究的沉降主要是指由正应力作用引起的体积变形。基础的沉降量及沉降差,首先与土体的压缩性有关,其次与作用在基础上的荷载大小和性质有关。

分析地基的沉降包括两部分内容:1)地基压缩变形的绝对大小,即沉降量的大小;2)地基压缩变形随时间的变化,即沉降速度。通常认为土体的变形是孔隙内水和气体体积变化引起的。水和气体的移动速度决定土体变形速度。

在外力作用下土体的沉降变形可分为3个阶段:首先是土体承受荷载的瞬间产生的瞬时沉降变形;其次是在外力作用下孔隙水从土体中排出,土体逐渐产生体积压缩变形。当施加在土体上的全部应力都由土颗粒承受时,达到不变的有效应力状态,土体的排水固结完成。

2软土地基处理

2.1影响沉降的因素

地基沉降变形的影响因素主要归结为人为因素和自然因素两大类。人为因素主要包括地加载方式、加载速率及基处理方法等;自然因素主要包括地基土参数的不确定性、应力路径与作用过程对变形的影响、土体的本构特性、地下水位变化及温度变化等。多种因素共同作用导致地基沉降变形,包括:

1)软基土材料参数的不确定性;2)土体的本构特性;3)应力路径与应力历史对变形的影响;4)地下水位变化对路基沉降的影响;5)温度对软土路基沉降的影响;6)路堤填筑速率对软土路基沉降的影响;7)路堤填土高度对软土路基沉降的影响;8)路基侧向位移对沉降的影响。

此外,地表水的冲刷、植被、土体中水分迁移对沉降变形亦有影响。

2.2常用地基处理方法

地基处理的方法很多,可以从不同角度来分类,一般是根据地基处理的原理来进行分类,高速公路软基处理有其自身的特点[4]。

1)换土垫层,此种方法可以分为:机械换土法、爆破挤淤法、抛石挤淤法、砂垫层法;2)强夯法;3)侧向约束法;4)土工织物加固法;5)排水固结法,此法可分为:堆载法、路堤荷载压重法、降水预压法、真空预压法;6)水泥土搅拌法;7)高压喷射注浆法;8)灌浆法;9)综合处理方法,常用的方式有[5]:砂垫层与固结排水法并用、反压护道法与竖向排水法并用、填土预压法与反压护道法、填土预压法与砂子加实桩法并用、填土预压法与竖向排水井法并用、缓冲填土加载法与竖向排水井法并用、袋装砂井和塑料排水板并用已在软基加固工程中得到广泛应用。

3结论

通过对软土路基沉降分析与研究,简述了软土路基的工程性质,以及沉降机理,介绍了工程中常用的沉降计算与固结理论,分析软土路基沉降因素,介绍工程中软土地基处理的常用方法。由于软土路基的特殊工程性质,在工程中就必须掌握各种软基处理方法的使用条件,因地制宜,采取切实可行的处理办法。

参考文献

[1]福建省高速建设总指挥部编.泉厦高速公路论文集[M].北 京:人民交通出版社,1998.

[2]杨涛.柔性基础下复合地基下卧层沉降特性的数值分析[M] .北京:岩土力学出版社,2003.

[3]张诚厚,袁文明,戴济群.高速公路软基处理[M].北京: 建筑工业出版社,1997.

[4]高大钊,孙钧,叶观宝.地基加固新技术[M].北京:机械 工业出版社,1999.

[5]刘永红,姚爱军,周龙翔.地基处理[M].北京:科学出版 社,2005.