左 娜，黃 昊

華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014

國內(nèi)外學者對公路軟基均勻沉降變形展開了一些研究，如倉基俊等[1]以某軟土地區(qū)淤泥質(zhì)土堆山工程為研究對象，利用理論分析和室內(nèi)模型試驗探討了地基處理方案的可行性，并計算出山體穩(wěn)定性和地基沉降、預測最終沉降等，從而優(yōu)化了設計參數(shù)；涂志飛[2]依托荊東高速公路，對典型斷面的軟土地基沉降進行觀測，并利用雙曲線法、泊松曲線、指數(shù)曲線法三種理論來預測地基的工后沉降。但是目前針對軟土地區(qū)公路地基沉降控制規(guī)范并不完善。因此，研究軟土地區(qū)地基沉降變形特性具有十分重要的工程意義。

1 公路軟土地基處理方法及沉降機理分析

1.1 軟土地基處理措施選擇

目前對高速公路軟土地基進行加固的方法主要有換填、強夯、拋石擠淤、真空預壓、水泥攪拌樁、碎石樁等，各方法的處理深度及適用范圍如表1所示。

表1 軟土地基加固方法對比

由表1可知，如果地基軟土深度小于5m，就將基底軟弱土全部清除，換填透水性好的碎（礫）石土；如果軟土路段存在積水，應先設置臨時圍堰（可采用采用黏性土、粉質(zhì)黏土或砂夾黏土等），排干圍堰積水后再處理軟基；對于人工填土路段，必須清除人工填土和腐殖土，并換填礫類土分層壓實。

1.2 軟土地基沉降變形機理

如果公路工程在建設期間遇到軟土地基，路基的填筑等就可能導致地基出現(xiàn)較大沉降。在外部荷載的作用下，軟土地基沉降一般分為初始沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三個階段。在外荷載作用下軟土地基的3種變形模式皆有可能出現(xiàn)，其中初始沉降是在軟土地基加載的瞬時出現(xiàn)的，地基土的空隙水無法及時排出，軟土地基會發(fā)生剪切變形，使得土體只發(fā)生形狀的變化而無體積變化；固結(jié)沉降是軟土地基沉降變形的主體組成部分，此時地基土往往是由于軟土地基土顆粒在外荷載作用下出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象所引起的。軟土地基的總沉降變形S的計算公式如下[3]。

式中：Sd為初始沉降；Sd為固結(jié)沉降；Sc為次固結(jié)沉降。

2 案例分析

2.1 工程概況

文章依托項目為某高速公路，項目路線里程長190.016km，該段填方路基中心填高為29m，共分為6級分層壓實，填料主要是粉質(zhì)黏土，地基存在3.5m軟土（以淤泥質(zhì)土為主），筆者采用換填透水性較強的碎石土進行地基加固，并選擇建立二維平面模型進行地基沉降分析，地基土及路基計算模型及網(wǎng)格劃分情況如圖1所示。

圖1 K45+678斷面填方路基有限元模型

根據(jù)地基的巖土勘察報告、室內(nèi)物理力學特性試驗等方法將該段路基土體共分為三層，路堤和地基土材料參數(shù)如表2所示。

表2 路堤和地基土物理力學參數(shù)

2.2 軟土地基處理后沉降變形分析

（1）路堤填筑前后軟土地基應力變化。軟土地基在路基填筑之前已經(jīng)在自身重力作用下基本完成固結(jié)，應處于較穩(wěn)定應力狀態(tài)之下，故在路基填土之前應進行初始地應力，即將速度和位移清零來體現(xiàn)路基填土所引起的地基沉降變形。相對于初始應力狀態(tài)，軟土地基主應力在路基填筑后有了大幅度的提高，這相當于在地基上施加一定的荷載。由于豎向荷載大小主要由上覆填土重力產(chǎn)生，隨著路基填方高度增加，軟土地基所承受豎向應力也不斷提高。與此同時，隨著地基深度的增加，作用于地基頂部的豎向壓應力增加呈曲線衰減趨勢，是符合土力學中荷載擴散理論的，這表明了模型建立和初始地應力平衡是正確的。

（2）軟土地基處理后沉降變形。筆者在利用ANSYS 15.0軟件計算軟土地基沉降時在地基土中心位置（1#、2#、3#單元）和邊緣處（4#、5#、6#單元）分別選擇3個單元作為監(jiān)測點，對其沉降進行了監(jiān)測，得到了路堤分級填筑后軟土地基的沉降變形趨勢如圖2所示。

圖2 軟土地基分級填筑的沉降變形規(guī)律

數(shù)值模擬計算結(jié)果表明：軟土地基1#～6#單元的沉降變形均隨著路基填筑高度的增加而不斷增加，但地基中心單元的沉降要大于邊緣處的沉降。當?shù)鼗虞d小于三級時，地基各單元沉降變形不明顯；當?shù)鼗虞d大于三級時，地基沉降出現(xiàn)突變的趨勢，即位移出現(xiàn)驟增，此時（地基未出現(xiàn)破壞）地基沉降與加載級數(shù)基本呈線性正相關關系。路基填筑結(jié)束后，地基中心單元最大沉降變形平均值為4.78mm，地基邊緣處最大沉降變形平均值為2.65mm，由此可知軟土地基的中心沉降變形是地基邊緣的1.8倍左右。這表明上覆填土荷載是影響軟土地基沉降的關鍵因素，且隨著上覆荷載不斷增加，作用在軟土地基的豎向應力不斷提高，從而使得軟土地基沉降變形不斷增大。

3 結(jié)論

文章以某高速公路K45+678斷面軟土地基為研究對象，利用有限元軟件ANSYS 15.0對軟土地基沉降處置措施、沉降機理及規(guī)律等方面展開了研究，主要得到了以下結(jié)論。

（1）公路工程軟土地基加固常用方法主要有換填、強夯、拋石擠淤、真空預壓、水泥攪拌樁等，在選擇時要綜合考慮其適用范圍、處治深度、道路性質(zhì)、施工條件等因素。

（2）隨著路基填方高度增加，軟土地基所承受豎向應力會不斷提高，同時作用于地基頂部的豎向壓應力會隨著地基土深度增加呈曲線衰減趨勢，是符合土力學中荷載擴散理論的。

（3）軟土地基中心單元和邊緣處的沉降變形均隨著路基填筑高度的增加而不斷增加，但前者變形量要大于后者。

（4）當軟土地基加載小于三級時，地基各單元沉降變形不明顯；當軟土地基加載大于三級時，地基沉降變形出現(xiàn)驟增，此時地基沉降與加載級數(shù)基本呈線性關系。