劉武　王文強

摘要：隨著我國綜合國力的快速提升，國家加大了對公路基礎建設和擴建加寬工程的實施。針對高速公路軟路基經(jīng)常出現(xiàn)問題，施工部門進行了多種形式的研究和試驗。文章從軟土路基的修建過程進行探討，對其計算方法和處理方式展開具體分析。

關鍵詞：高速公路；軟土路基；處理方法；分析

軟土從結(jié)構(gòu)上是淤泥和偏向淤泥土質(zhì)的總稱，具備天然含水量和壓縮性高的特點，在未加工時對交通車輛承載的能力較低。軟土土壤內(nèi)含有的淤泥和腐殖生物都較多，因此比較正常的高速公路路基該土壤狀況出現(xiàn)的路基的沉降問題較多，一旦處理不當路基可能出現(xiàn)過量沉降和穩(wěn)定性不足，影響公路的質(zhì)量和竣工后公路的運營狀況。我國的土壤形態(tài)多變，因此處理軟土造成的公路修建問題是自古以來的難題。由于土質(zhì)的參數(shù)較為復雜，很多針對傳統(tǒng)土壤的計算模式和模型處理都有其自身的局限性，產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)誤差。

1.影響路基處理方法的軟土工程特性

軟土根據(jù)成分不同也有很多不同的分類，在含水量是在百分之三十到百分之百不等，因此在形態(tài)上很多軟土都出現(xiàn)流體的狀況。軟土的孔隙在一到二之間，導致了土壤的壓縮性比其他土質(zhì)大大增強。雖然軟土的孔隙較大，但是在垂直水平的滲透系數(shù)卻比普通土壤小很多。軟土中的成分通常很復雜，包括粉土、腐殖生物、細沙等成分都會影響軟土的滲透性和固結(jié)程度，即使在實驗中用壓力載荷的方式做出促進還是不能提升軟土的固結(jié)效果。軟土的壓縮性質(zhì)與其中含有的天然水的含量是成正比的，還與土壤的形成過程有關系。壓縮能力太高會直接影響路基的沉降速度，形成建成公路的變形和不穩(wěn)定。經(jīng)過大量的實驗證明，進行軟土的不排水實驗時，軟土的抗剪程度很小，而在排水的情況下，抗剪能力也隨之增大。根據(jù)荷載能力推斷，當荷載能力降低軟土的排水能力時，就會減小土壤的抗剪能力，對土壤的強度也造成影響。軟土的觸變性也是影響路基打樁過程不穩(wěn)定的原因，如果是一次性打樁會比較容易完成，但是分階段打樁的話很容易讓土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生膠體系統(tǒng)的變化，形成新的結(jié)構(gòu)模式影響接下來的打樁過程。軟土由于不同位置的流動性也影響了土質(zhì)的不均衡性，不僅影響土體系數(shù)的測量，還無法控制施工過程中的材質(zhì)沉降。

2.高速公路軟土路基的沉降計算分析

2.1分層合力公式法

公式法是從經(jīng)典土力學的基礎上加以引申的，是基于假設軟土為直線變形體，只能在一定程度的氛圍內(nèi)發(fā)生變化，并將壓縮后的土壤進行分層，求出每一層應力的數(shù)值推斷變形量最后得出沉降量的過程。分層方法的主要假設過程在計算土壤中的產(chǎn)生應力的路基是均勻材質(zhì)，且同性質(zhì)各向的半無限體；其次軟土在進行壓縮時沒有除垂直方向以外的膨脹形式，計算時從側(cè)面獲取路基被壓縮后的技術指標；最后應當從土壤打地基的中心點附近來計算工程可能產(chǎn)生的變形量。從一維的角度對軟土固結(jié)理論進行計算，是對土壤進行不發(fā)生側(cè)向變形的假設才能完成的，因此經(jīng)過分層法計算出來的與實際多種方向發(fā)生形變的實際值還有很大不同。由于分層法得出的結(jié)論僅適應軟土土質(zhì)較好的情況，而對于需要進行二維分析的平面數(shù)據(jù)則會產(chǎn)生很大計算結(jié)果出入。分層法沒有從軟土的流體性進行分析，也沒有能力計算出有流動性產(chǎn)生的隨機沉降量，因此得出的數(shù)據(jù)會較真實結(jié)果有一定偏差。

2.2有限元分析法

有限元的方式是將整個路基部分當成一個系統(tǒng)來進行細致的網(wǎng)格劃分，從而形成離散式的建筑工程體系，完成荷載作用之下的任何階段路基的應力和位移。路基垂直位移是形成路基沉降的主要原因，因此這種方式需要對土壤的線性彈性和粘塑彈性進行分析，從可以測得的數(shù)據(jù)中獲取變形對沉降量產(chǎn)生的具體影響。在現(xiàn)代工程中使用較多的彈性模型是鄧肯長雙曲線模型，由于有限元的方式可以得出側(cè)面應力產(chǎn)生的沉降量，因此該模型可以從二維乃至三維的角度對實驗進行分析。該模型可以添加的變量多種多樣，不僅有軟土發(fā)雜多變的邊界條件、土體荷載產(chǎn)生的應力和非線性特征、土壤環(huán)境歷史原因以及水和骨架互相作用產(chǎn)生的禍合效應等等。用計算機進行數(shù)據(jù)分析，并將土壤逐層酌量的疊加，看出沉降、位移、應力之間的變化和關系，得出計算需要的結(jié)論和規(guī)律。

3.高速公路軟土路基的處理方法分析

3.1墊層換填法

在路基工程區(qū)域軟土層并不是很厚的情況下，可以將軟土屬性的部分挖去，并填充以強度較大的土壤進行替換。這種方式最經(jīng)濟的厚度是在兩米到三米之間，若是軟土厚度太大在進行替換就會形成較大的工程成本，影響工程運營效率。換填法的原理是將高強度的土壤替換原本路基區(qū)域的軟土，形成增加路基荷載力的目的，加固的方式有拋石擠淤、換填墊層、強夯擠淤等，墊層的材質(zhì)也有很多中，包括砂礫、碎石、干渣、煤灰等等，其中較為常用的有砂礫墊層方式和拋石擠淤方式兩種。砂礫墊層是將路基的基地和填土部分進行排水面的設置，讓路基在的填土層進行荷載的同時從排水孔中排出，提高土壤的固結(jié)速率的同時加強路基的使用承載力，降低可能出現(xiàn)的沉降量，實現(xiàn)路基穩(wěn)定性和防止局部變形。該方式比較適用于軟土層不厚和雨季需要排水環(huán)境的施工過程。拋石擠淤的方式則是通過在路基中心到邊緣的拋石，擠出軟土中原本的淤泥達到加強路基固結(jié)的方式，這種方式針對軟土位置不好掌握和厚度較大的工程有很好的效果。

3.2深層加固法

使用夯實、爆破等擠壓土壤的方式可以達到加深土壤密度和抗剪強度的效果，而這種對軟土密度加強和加固的方式稱為深層加固法。該方式適用于土壤情況有大于三米軟土的路基加固工程，根據(jù)具體施工環(huán)境，可以加固的拓展空間可以達到三十米左右。深層加固法分為強夯法、土樁法、爆破法、碎石樁法等等，其中具有代表性質(zhì)的有強夯法。強夯法是讓軟土在強烈的沖擊下受到壓力和沖擊波的影響，形成區(qū)域內(nèi)的土體壓縮現(xiàn)象，沖擊點范圍一定深度要形成良好的排水區(qū)，讓壓力排除的水順利排除，讓土體在壓力的情況下迅速固結(jié)。一般軟土工程經(jīng)過強夯法的處理之后可提高自身承載力的四倍，壓縮性也可以降低百分之二百到一千左右。該方式的處理條件和使用工程范圍較廣，但是需要的夯實設備強度較高，對周圍的環(huán)境影響也很大，同時在處理軟土中黏土過高的情況效果并不明顯。

3.3排水加固法

軟土路基建設的過程中提高土壤的負荷量加快內(nèi)部排水，從而提高土體排水的效率加快固結(jié)的方式稱為排水加固法，該方式適用于軟土淤泥較多、黏土較多以及飽和充填的土壤形式，原理是在施加壓力的同時加快地基沉降速度，提前完成路基的沉降量和排水效應。目前存在的排水加固法有預壓處理法、真空預壓法、塑料排水法等。其中預壓處理法是采取不同荷載的方式進行土壤的超載預壓、欠載預壓和等載預壓等等，效果顯著和工藝簡單的特性讓預壓處理的方式得到廣泛應用，但是工期較長和搬運復雜等方式是其通常和排水加固方式一同使用。袋裝砂井法和塑料排水板法的原理相同，也有較為成熟的工藝和設計經(jīng)驗，可以有效增加軟土路基在垂直方向的排水能力，降低橫向排水距離，結(jié)合加載預壓方式效果更好。適應的土壤情況也較為廣泛，沙袋和塑料排水板是經(jīng)過量產(chǎn)的，不論是在質(zhì)量上還是運輸商都很穩(wěn)定的便捷。塑料排水板比沙袋還具有質(zhì)量輕和吸水性強的特點，從勞動力和延伸率的和角度使用的費用也較低，但是從土體抗剪的能力上沒有袋裝砂井法實施的效果好。

4.結(jié)語

綜上所述，提高路基的預測沉降運算方式，從實際情況的角度下對軟土的參數(shù)進行測評，是我國目前修建高速公路軟土路基的正確處理方案改進方向。