探析公路工程軟土路基沉降處理方法

1、探析公路工程軟土路基沉降處理方法 摘要：軟土路基沉降的計(jì)算對(duì)道路設(shè)計(jì)、施工非常重要。本文具體分析研究了公路工程軟土路基沉降處理方法。 關(guān)鍵詞：公路工程；軟土路基；沉降處理 中圖分類(lèi)號(hào)： p642.26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)： 一、公路工程軟土路基沉降的基本特征 一般地， 軟土具有如下變形特征： 1、沉降量大。因軟土主要組成為粘粒及粉粒， 且粘粒含量高， 天然含水量大， 一般孔隙比e 1. 0， 故受荷后壓縮量大， 其沉降量遠(yuǎn)超過(guò)一般路堤的沉降量。 2、側(cè)向變形大。飽和軟土受荷初期， 土中水來(lái)不及排出， 土體易被于側(cè)向擠出， 并隨著水的逐步排出，土體收縮， 豎向沉降進(jìn)一步發(fā)展。 3、滲透性

2、低， 壓縮穩(wěn)定所需時(shí)間長(zhǎng)。因顆粒組成以粘粒為主， 盡管孔隙比大， 但單個(gè)孔隙卻很小， 水在空隙中流動(dòng)困難， 因此受荷后水難以很快排出， 沉降發(fā)展緩慢。 在路堤荷載作用下， 地基土中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化， 從而引起地基變形， 出現(xiàn)路基沉降。大量現(xiàn)場(chǎng)沉降觀(guān)測(cè)資料表明， 軟土路基沉降變化基本經(jīng)歷了發(fā)生-發(fā)展-穩(wěn)定-極限的過(guò)程。 1、發(fā)生階段。剛加載時(shí)， 測(cè)點(diǎn)土體處于彈性狀態(tài)， 土中孔隙水來(lái)不及排除， 由于土體的側(cè)向變形使土體發(fā)生瞬時(shí)剪切變形， 在荷載增加的最初階段， 沉降呈線(xiàn)性增加。 2、發(fā)展階段。隨著荷載的不斷加大和時(shí)間的延長(zhǎng)， 地基土中孔隙水被逐漸排出， 超靜孔隙水壓力逐步減小， 土體逐漸壓密產(chǎn)生

3、體積壓縮變形， 進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。隨著塑性區(qū)的不斷開(kāi)展， 測(cè)點(diǎn)的沉降速率快速增大。 3、穩(wěn)定階段。當(dāng)加載不再增加， 孔隙壓力接近完全消散時(shí)， 固結(jié)過(guò)程尚未完全完成， 且土骨架粘滯蠕變開(kāi)始出現(xiàn)， 測(cè)點(diǎn)的沉降量將隨著時(shí)間的推移而繼續(xù)增加， 但沉降速率逐漸變小。 4、極限狀態(tài)。當(dāng)沉降時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)， 沉降量達(dá)到極限狀態(tài)， 沉降速率降為零， 此時(shí)的沉降量為地基的最終沉降量。 二、軟土沉降機(jī)理的概述與分析 軟土地基總沉降量包括瞬時(shí)沉降量、固結(jié)沉降量及次固結(jié)沉降量三部分：s（t）=sd+ss+sc sd地基的瞬時(shí)沉降量。瞬時(shí)沉降是由于剪切變形引起的土的側(cè)向擠出而產(chǎn)生的附加沉降。對(duì)瞬時(shí)沉降量的影響因素很多，一般

4、用彈性計(jì)算公式，但計(jì)算結(jié)果很難驗(yàn)證。所以常常是以固結(jié)沉降量乘以大于1 的修正系數(shù)，以此考慮瞬時(shí)沉降量。 ss地基的次固結(jié)沉降。次固結(jié)是顆粒結(jié)構(gòu)的粘滯屈服引起的孔隙比變化，因?yàn)轭w粒能夠承受的有效應(yīng)力與顆粒定向和孔隙比有關(guān)，故顆粒的粘滯性重新定向逐漸減小顆粒骨架的承載力，并使一部分粒間壓力有轉(zhuǎn)到孔隙水上來(lái)的趨勢(shì)。如果孔隙比減小，此趨勢(shì)即解除。這是對(duì)次固結(jié)從微觀(guān)角度的認(rèn)識(shí)。次固結(jié)變形及包括剪應(yīng)變，也包括體積應(yīng)變。從工程實(shí)際來(lái)看，次固結(jié)在總沉降中所占比例，一般都小于10%（按50 年計(jì)），我國(guó)沿海一帶的土粒含有較多的粉粒和沙粒，次固結(jié)系數(shù)較小，在實(shí)用期的計(jì)算次固結(jié)量充其量不超過(guò)5%左右，此影響程度遠(yuǎn)底

5、于總沉降量的計(jì)算誤差及由于施工不當(dāng)而產(chǎn)生的附加沉降量。所以，除少數(shù)粘粒含量及有機(jī)含量較大的土類(lèi)應(yīng)認(rèn)真加以考慮外，一般，對(duì)次固結(jié)不予考慮。 sc（t）地基的排水固結(jié)沉降量。孔隙壓力轉(zhuǎn)換成為有效應(yīng)力，土體逐漸壓縮產(chǎn)生的體積壓縮變形。 三、軟土路基沉降的計(jì)算 在不考慮次固結(jié)沉降的條件，最終沉降量s可按下式計(jì)算： s=msc 式中 sc固結(jié)沉降量，mm。 m考慮地基剪切變形及其他影響因素的綜合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，它與地基土的變形特性、荷載條件、加荷速率等因素有關(guān)，對(duì)正常固結(jié)或稍超固結(jié)土，通常取m=1.11.4。 固結(jié)沉降sc目前工程上通常采用單向壓縮分層總和法計(jì)算，即： 式中 eoi第i層重點(diǎn)的土自重應(yīng)力所對(duì)應(yīng)

6、的孔隙比； eli第 i 層重點(diǎn)的土自重應(yīng)力和附加應(yīng)力之和所對(duì)應(yīng)的孔隙比； hi第i層厚度，mm。 eoi 和eli 可從室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)所得的ec曲線(xiàn)上查得（c為有效固結(jié)壓力）。 對(duì)于一次瞬間加荷或一次等速加荷結(jié)束后任何時(shí)間的地基沉降量，可按下式計(jì)算： st=（m- 1+ut）sc 對(duì)于多極等速加荷情況，可按照下式計(jì)算： 式中utt時(shí)間地基的平均固結(jié)度，%；ptt時(shí)間的累計(jì)荷載，kn/m。 四、公路工程軟土路基沉降處理方法 1、軟土路基宜提前安排施工， 以利地基加固、預(yù)壓固結(jié)。預(yù)壓期的確定: 一方面要考慮工后沉降標(biāo)準(zhǔn)； 另一方面又要考慮合理的工期。因此， 確定施工期沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)非常必要。 當(dāng)?shù)?/p>

7、基加固處理方式選定之后， 其沉降規(guī)律就基本確定。比如， 對(duì)于特定的地基土類(lèi)型， 當(dāng)砂井的間距、長(zhǎng)度、直徑選定后， 地基的固結(jié)規(guī)律就已確定，固結(jié)度僅與時(shí)間有關(guān)。某高速公路部分路段不同預(yù)壓時(shí)間的固結(jié)度、沉降速率及工后沉降， 當(dāng)預(yù)壓時(shí)間達(dá)6、12、18個(gè)月時(shí)， 沉降速率分別為0. 43 1. 81 mm /d、0. 25 0. 50mm /d、0. 12 0. 34 mm /d， 工后沉降分別為18. 6 54. 3 cm、13. 6 26. 5 cm、8. 6 18. 7 cm。若施工后沉降達(dá)到10 cm 的控制標(biāo)準(zhǔn)， 預(yù)壓期需要2 a以上，在路基大于6m或地質(zhì)條件較差的路段需要2. 5 3 a。

8、 從沉降過(guò)程看， 當(dāng)路基超過(guò)臨界高度時(shí)， 沉降速率逐漸增大， 滿(mǎn)載預(yù)壓一段時(shí)間后， 沉降速率逐漸減小。沉降曲線(xiàn)上一般存在一個(gè)拐點(diǎn)， 拐點(diǎn)之前， 增加單位預(yù)壓時(shí)間減少的工后沉降量很大； 拐點(diǎn)之后沉降速率逐漸變小， 增加單位預(yù)壓時(shí)間減少的工后沉降量逐漸減小。因此， 預(yù)壓時(shí)間至少應(yīng)超過(guò)拐點(diǎn)。拐點(diǎn)實(shí)際上是沉降速率變化最大的位置， 部分路段拐點(diǎn)時(shí)間見(jiàn)表1， 達(dá)到拐點(diǎn)的時(shí)間一般要7 14個(gè)月。 表1不同預(yù)壓時(shí)間的沉降速率及工后沉降量 注: 拐點(diǎn)為滿(mǎn)載后月份。 由此來(lái)看， 要使工后沉降量滿(mǎn)足或接近10 cm的標(biāo)準(zhǔn)， 等載預(yù)壓1. 5 a是完全必要的， 在地基條件較差或路基高度較低(小于3m)時(shí)， 預(yù)壓時(shí)間可

9、減少為1 a， 而地基條件差或路基高度較高(大于6m)時(shí)， 預(yù)壓時(shí)間應(yīng)增加到2 a以上。因此， 合理的施工組織， 確保必要的預(yù)壓期， 是降低工后沉降最經(jīng)濟(jì)有效的措施。 2、軟土地基處理前， 除采用水下拋石擠淤方法外， 均應(yīng)于開(kāi)工前疏干地表水， 有條件時(shí)可采用降低地下水位措施， 如挖槽、井點(diǎn)抽水等。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按有關(guān)規(guī)定要求， 做好取土、棄土、堆料及便道的平面布置， 安排好作業(yè)順序及機(jī)械運(yùn)行線(xiàn)路， 施工中不得隨意更改。 3、軟土路基應(yīng)有足夠的護(hù)道寬度。當(dāng)路基的路肩高程至取土坑或排水溝底的高程之差值小于臨界高度時(shí)， 護(hù)道寬度可按一般規(guī)定設(shè)置。若高差大于臨界高度， 則取土坑必須遠(yuǎn)離路基。取土坑的位置應(yīng)

10、保證路基穩(wěn)定， 可采用圓弧檢算法確定。 4、軟土路基填筑材料以滲水土或礦渣為宜， 嚴(yán)禁用泥炭及有機(jī)質(zhì)含量較多的土作為填料， 亦不宜采用軟土作填料。 5、填筑軟土路基時(shí)， 應(yīng)按其地基和路基的后期沉落量所需的土方。地基后期沉落量可取為預(yù)計(jì)總沉落量與施工階段觀(guān)測(cè)的沉落量之差。 五、結(jié)束語(yǔ) 綜合上述，影響路基沉降的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：軟土的工程特性，如土的強(qiáng)度、壓縮性、滲透性等；路基的加載方式和加載速度；地基的處理方法；土體的應(yīng)力歷史；施工工期，施工工期直接影響加載速率，因而影響地基的沉降。此外，路基沉降還與路堤的剖面形態(tài)有關(guān)，如路堤的高度、寬度等，會(huì)直接影響地基中的應(yīng)力分布；以及填料特性和路面結(jié)構(gòu)特性等。以上這些因素有些是無(wú)法控制的，有些是在實(shí)際工程中可以控制的。因此