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高速公路软土路基沉降分析与加固

作者:未知

  【摘要】软土地基具有压缩性高,承载力差的工程力学特点,因而在长期自身重力和车辆荷载的作用下,经过软土地段的高速公路路基很容易出现持续性的沉降和侧向变形的现象,继而导致路面下陷、开裂等病害问题,严重影响公路使用寿命和行车安全。因此,加强对高速公路软土路基的沉降观测和分析,并采取相应的加固措施是十分必要的。
  【关键词】高速公路  软土路基  沉降分析  加固
   高速公路是我国交通运输的重要通道,由于我国幅员辽阔,境内地形地质条件复杂多样,因而很多高速公路必然会经过一些软土地区。由于软土地基具有孔隙比大,压缩性高,承载力差的工程力学特点,因而在长期自身重力和车辆荷载的作用下,经过软土地段的高速公路路基很容易出现持续性的沉降和侧向变形的现象,继而导致路面下陷、开裂等病害问题,严重影响公路使用寿命和行车安全。因此,加强对高速公路软土路基的沉降观测和分析,并采取相应的加固措施是十分必要的,本文对此进行了探讨。
   一、软土工程性质及路基沉降机理
   (一)软土的力学性质
   软土是指临近湖沼、河滩,或是受地下水影响而出现的含水量高、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。由于较大的含水量,因而软土地基的力学性能也与其他类型土层存在很大差异,其最为显著的性能特征就是土质松软、易沉降变形,一些特殊地段的软土层还具有有机质粘粒含量高、构造复杂的特点。这些都对软土地基之上的公路及其附属构筑物的稳定性带来了很大的影响。
   (二)软土的沉降机理
   地面土工建筑物及其附加荷载通过路基底面将荷载传递至地基,并使地基受力及内部应力发生变化,继而导致地基发生变形和下沉,工程上将这种向下传递荷载,并引起基础变形的情况称之为基础的沉降。基础的沉降主要包括沉降量和沉降差两个方面,它们与土体压缩量和施加的荷载大小、性质和时间有直接的关系。在外力作用下,土体的沉降变形可分为三个阶段,首先是承受荷载瞬间的变形;其次是土体的压缩变形,并使土体孔隙水排出;最后土体固结,由土体颗粒承受全部应力。在路基施工中,地基本身处于应力平衡的状态,形态也基本稳定,在地面施工和荷载变化的影响下,会导致地基内部应力发生变化。特别是软土地基,本身存在流变性强,承载力差的问题,在上部荷载加大和内部应力失衡的情况下,很容易发生沉降变形;并且其沉降量也会随着时间、荷载、土体压缩性等因素的变化而逐渐增大。
   二、软土路基沉降的观测
   为避免软土路基的过度沉降,在软土地基路段施工中,必须在路堤填筑后地基的沉降情况进行动态观测,以掌握其沉降变形量,及时采取加固措施。地表沉降量和水平位移量分别通过沉降板和边桩进行观测,地下土体分层水平位移量通过测斜管观测。观测仪器主要有水准仪、测斜仪、全站仪、分层沉降仪等。软基處理前,先按照施工观测作业要求分别布设沉降、水平位移、土压力、水位观测点,测量地基的原始数据;每进行一次土方填筑后进行加载,并对相关的沉降量和位移数据等进行观测,直到其沉降量趋于稳定后再进行加载和土方填筑。施工观测时间间隔一般在3天以内,对于沉降量异常,或存在危险事故征兆时,要持续性地观测;路基填筑时,保证一天一观测,当场地条件发生较大变化,或是路基变形超过相关标准要求时,应加大观测密度。
   三、软基沉降基础技术
   (一)换土垫层法
   该方法是利用机械设备或是人工开挖的方式将软土路段一定范围内含水量较大的黏土挖出,之后换填砂石等材料并夯实的方法,是传统的浅层处理地基的方法。该方法可从根本上改善施工区域土体性质,在原软土区域形成稳定的持力层,从而有效提高软土地基承载力,防止地基沉降。换土施工中重点要控制好虚铺厚度、平整度、压实度、土基高度(高程)等指标。该方法施工简单,但因土方作业量较大,因而只适用于浅表软土层、软土层较薄和易于排水施工等情况。
   (二)土工格栅
   土工格栅以其较高的强度和良好的韧性经常被用于土工复合材料或是加筋土的结构钢筋,对软土地基具有较为理想的改善效果。土工格栅有助于增强地基的稳定性,当软土地基发生冲剪破坏或变形时,土工格栅会防止破坏面的出现,避免土体侧向挤出和出现路基侧向滑移。土工格栅施工时采取分层铺设的方式,砂垫层填筑完成后插打塑料排水板,然后铺设第一层土工布;土工布应根据路基宽度向两侧各延伸1m,沿路基横向断面一次性铺设,并保证铺设平整,无褶皱和扭曲;相近两幅间搭接宽度应保持50cm以上,搭接部分每隔1m用扎扣连接,并用土钉锚固。第一层土工格栅铺设完成后,进行吹填作业,待砂垫层顶路基吹填第一层平整后,即进行水平测量,并用压路机压实,保证砂垫层厚度、压实度符合要求后,再铺设下一层土工布。
   (三)碎石桩
   碎石桩是以碎石(卵石)为主要材料制成的复合地基加固桩。碎石桩具有强度高,可为路基提供足够的支撑力,同时,碎石桩还兼有不同程度的挤密和促进排水固结的作用,因而常应用于堤坝边坡加固、软弱地基加固和消除黄土湿陷性等方面。碎石桩按其制桩工艺可分为干法碎石桩和振冲(湿法)碎石桩和两大类,其中干法碎石桩干振、锤击等无水冲工艺制成的碎石桩;湿法碎石桩则是采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩。高速公路路基孔隙水不易渗透,在碎石桩施工时,因填筑碎石和振冲置换作用对桩周土体产生的挤压、冲击作用,常常会产生超空隙水压力,并可能降低原软土路基强度。当碎石桩施工完成后,土体中孔隙水压力会慢慢向桩体扩散,并使土体有效应力随之增大,随着时间的推移,路基土体强度也会逐渐得到恢复和提高。通过对碎石桩碎石级配的调整,可有效改善软土复合路基的排水特性,从而减少水平方向上孔隙水的渗透,继而显著提高土体强度。
  参考文献:
  [1]樊愈斌.高速公路软土路基施工沉降控制研究[J].建材与装饰, 2018.
  [2]石阳威,黄祥,张建维.山西建筑,2018.
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