《高速公路的软基处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速公路的软基处理（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高速公路与县乡公路的软基处理朱智君（辰溪县公路管理站）提要 软土的特性给高速公路建设带来了不少弊病，为了满足要求 必须进行地基处理。软基处理主要课题是地基的稳定和变形。本文介 绍目前高速公路软基处理主要方法排水固结法和复合地基法。 关键词 高速公路，软基处理，排水固结法，复合地基法1、前言随着国民经济的迅速发展，普通等级公路已经不能适应社会的需 要，高速公路的兴起和发展已势在必行。特别在我国沿海地区，经济 比较发达，高速公路的兴起尤为迫切。然而在这些地区广泛分布着软 土。软土具有强度低，变形量大且持续时间长，含水量高且渗透性差 等特点。这些特性给高速公路的建设带来不少弊病，有的甚至成为工 程成
2、败的关键。因此，必须对软土地基进行处理，使其能满足工程要 求。软基处理的实质是提高地基土的抗剪强度和提高地基土的压缩模 量，在上部荷载作用下保持路堤的足够稳定和减少地基的变形，满足 沉降的要求。根据笔者十多年来参加沪嘉、沪宁、杭甬、广州环城等 几条高速公路软基处理的实践体会以及进行的几项软土路堤试验资 料的研究分析，就高速公路软基处理的重要课题和主要处理方法提出 一些看法。2 软土地基的稳定和变形2.1 软土地基的稳定（1）软土路堤的稳定分析是路堤设计中最重要的工作之一。满 足路堤的稳定并具有一定的安全储备这是必须的。只有满足了路堤的 稳定条件才能进行路基的变形计算。随着交通事业的高速化，路堤
3、设 计只满足稳定条件远远不够，在很多情况下往往以变形为控制条件 若变形不满足，视为设计没有达到要求，稳定是必要条件。稳定分析的方法很多，选用固结有效应力法是比较合理的方法。 事实上填土不可能是瞬间加荷的，也不可能在加填第一层土之后给予 地基以足够的时间固结，然后再加第二层土，因此在计算路堤稳定时 采用快剪强度指标，或者采用固结快剪指标，都不能正确地反映路堤 稳定的真实情况。为了使计算结果最大限度接近于实际情况，在计算 软土路堤填筑和适应期间的稳定性时应该把地基土在填土加荷过程 中的固结作用考虑在内，根据固结理论公式和试验数据来进行估算（2）双向滑弧的提出铁道部第四勘测设计院与铁道科字研究院、铁
4、道部第二工程局在 连云港进行的大型软土路堤填筑试验表明：在软土层较厚，土质均匀， 受荷对称的条件下，路堤发生破坏时将产生对称的双向滑弧形态。在 两个对称的滑弧之间存在着一个未被剪切的核部，纵向表现为一条 “鱼脊梁”。珠海南屏大桥台后路堤发生滑动时也呈现对称的破坏状 态。杭甬高速公路在有的地段也出现路堤中心开裂，两侧发生几乎相 同的位移，虽然没有出现像上述两个工点那样破坏性的滑动，但实际 也是这种性质的滑动，只是程度轻了一点。这种现象的存在也为弹塑 理论及离心模型试验所证实。因此有必要在此基础上作进一步的研究，建立新的设计方法，这样不仅在学术上有进展，而且也具有现实 意义。（3）软土路堤的纵向稳
5、定我们一般所作的稳定分析是对横向路堤进行的。然而在某种情况 下，路堤的纵向稳定起着主导的作用。如在软土地基上的桥台，若不 注意路堤的纵向稳定并设法加以解决，有可能由于台后填土的纵向推 力，致使桥台基础发生较大的位移甚至破坏桥台基础。南屏大桥北台 基础的位移就是典型例子。有资料报导，深圳机场某公路桥，座落在 软土地基上，先施工桥台桩基，后施工台后填土，土的纵向推力竟把 桩基破坏。铁道部门在软土地区高桥也有此原因引起桥台位移，使梁 部无法架设，同样有着深刻教训。因此软土路堤必须检算桥台的纵向 稳定。如果稳定性不满足要求，也要进行加固处理。在这种情况下往 往先加固好地基然后再打桩，以避免路堤基底土对
6、桩基的过大侧向推 力。2.2 软土地基的变形在过去的工作中，对软土路堤的设计偏重于稳定性分析。认为只 要满足稳定性要求其他是次要的。因为不论在铁路或公路上行驶的车 辆，大多以中低速运行，对路基沉降无须严格控制。如今高速的出现， 对路基变形的要求非常突出。于是便得到一个共识：由稳定控制转为 变形控制。人们对自然界规律的认识逐渐提高。1）地基变形的开式地基变形通常包括地基土在垂直方向的压缩和水平方向的位移。 把垂直方向的压缩称为主固结沉降。它是由上部荷载和土性质决定 的，是造成沉降称瞬时沉降。它持续的时间短，变化大，并随路堤的 填高而增大。由于土内部结构的变化而引起的沉降称为次固结沉降， 主要决定
7、于土类，持续时间很长，可达数十年，一般不予考虑。只有 当次固结份量占得多时才列入总沉降。（2）地基变形的一般规律1、在路堤填筑过程中，地基的沉降存在着一个明显变化点， 即一个临界的填土高度。当填土低于此高度时，沉降速率很低； 当超过此高度时，沉降速率明显增加。2、计算地基沉降，必须确定压缩层的厚度，常用的有两种方法：以地基的附加应力与自重应力之比小于0.1或小于 0.2以及建筑地基基础设计规范的沉降量为标准S0.025S.，实i际工作中以第二种方法更接近于实际。3、沉九速率与加荷速率有关。当加荷速率提高时，地基的沉 降速率也随之增加。因为除了主固结沉降增加外，由于侧向变形 引起的瞬时沉降也大大
8、增加。宜黄高速公路试验堤表明，当填土 咼5m进,路基44.8m,地基侧向位移引起的沉降是总沉降的16%。4、软土层的厚度以及排水条件对沉降有明显的影响。一般情况下软土层越薄侧向变形越小，排水条件好，固结度高，沉降快， 则剩余沉降少。（3）沉降速率地基沉降速率不同就会出现不均匀沉降。不均匀沉降超过一 定值时会使建筑物受到损害。在路堤横断面上过大的不均匀沉降 会导致路拱变形和结构层的开裂。同样路堤纵向上过大的不均匀 沉降也会导致上述现象发生而影响正常使用。目前对于控制和消 除不均匀沉降，除了正确认识地基土的性质以外，主要还是采取 合理的方法，尽量消除由于差异引起的不均匀沉降，如软土层的 厚薄，处理
9、与不处理，不同方法之间的差异，刚性与柔性之间的 差异等。目前已造成的几条高速公路有一个共同的问题，就是桥 台与路堤连接处的“跳车”。其原因是不均匀沉降。桥台处往往 填土较高，施工时不能严格控制填土密实度，路堤本身压缩量大， 所以造成总沉降量大。相反桥台基础往往是刚性体，沉降很小， 形成明显的不均匀沉降。在实际工作中，人们关心的是竣工后在一定的使用年限内是 否会因地基沉降而损坏道路结构，影响行车的平顺性。因此，应 该确定在一定使用年限内允许发生的沉降量，即所谓工后沉降 量。对高速公路一般定为15年内工后沉降不超过30cm。桥台背 后填土工后沉降不超过10cm。世界各国视不同实际情况标准有 所差异
10、。3、软土地基主要处理方法软土地基的处理方法很多，可以从不同角度来进行分类，但其中 最本质的是根据地基处理的原理来进行分类。在这里介绍的软基处理 方法是指在高速公路软基处理中几种主要的方法，以及在实施中出现 的一些情况。3.1 排水固结法排水固结法的原理是软土地基在荷载作用下，土中的水慢慢排 出，孔隙比减小，地基发生固结变形。随着超静水压力的消散，土中 有效应力增大，地基土的强度逐渐提高。所以它常用于解决软土地基 的稳定和沉降。根据排水系统和加压系统不同又可分为多种具体的方 法。这里介绍的是目前最常用的袋装砂井和塑料排水板法以及有发展 前途的真空予压法。（1）袋装砂井与塑料排水板用透水性能良好
11、的土工织物，如聚丙烯纺织物制成直径为70mm 或 100mm 的长袋，在袋中灌入透水性良好的砂料，用特制设备插入地下，作为竖向排水体，称为袋装砂井。若袋装砂井改为用土工聚合物制成的竖向排水体，这就称为塑料排水板。塑料排水板通常由带沟糟的塑料芯板和一个无纺布滤套所组成的。在 上部填土荷载作用下，软土中的水通过这些排水通道板慢慢排出 地基发生固结，强度逐渐提高。在排水固结法中作为排水通道的袋装砂井和塑料排水板以其 理论上的合理与使用上的经济有效，克服了普通大直径（2030cm） 砂井的缺点而广泛被采用。如在沪嘉、沪宁、杭甬、广州环城、 沪杭等高速公路软基处理中都采用了这种方法。现就有关问题提 出来
12、商讨。1、两种排水通道的实施比较我们曾在连云港地区铁路和杭甬高速公路的软基处理试验中 把袋装砂井与塑料排水板作了全面比较；其排水固结效果基本一 致。在相同条件下有时袋装砂井稍好些，有时排水板稍好一些， 这是适用性的问题，还有排水通道本身的原因所造成的。选用哪 一种应从经济和实用来考虑。在砂源缺乏、劳力缺少、施工期短 的情况下用塑料排水板为好，插塑板施工速度快，反之以用袋装 砂井为宜。有资料表明，用袋装砂进不仅有排水作用而且有补强 作用，广东有一工点成功地用其增加地基的抗剪强度。这方面袋 装砂井优于塑料排水板，这部分抗剪强度虽然在设计中不考虑， 但却是存在的。2、井间距与设计深度我们在设计普通砂
13、井或贷装砂井间距时同样用排水固结理 论。我们曾详细做过70mm的袋砂井与100mmx6mm排水板的效 果测试。其结果袋砂井略好些，所以从袋装砂井改成塑料排水板 时考虑一个系数便成为相当。在上海沪嘉高速公路曾做不同井间 距的填筑试验，P-S曲线表明：三米井间距的沉降曲线几乎与不打 砂井的沉降曲线相同。所以袋装砂井也同样存在井径与影响范围 在一定范围有作用的概念，目前常用的井间距为1.22.5m,深度 在15m以内。最深的袋装砂井打到25m。在厚层软土中，在固定 荷载作用一定深度范围内排水效果与井深成正比,超过一定深度 排水作用不因深度增加而增长,反而扰动了土结构,影响了沉降 当砂井不能穿过下部软
14、土层时,通常要考虑下卧层的后期沉降。所以,有时为了打穿软层,实现砂井的双面排水使固结更好而增 加砂井长度,是有必要的。3、排水固结与沉降位移众多的试验资料表明,采用袋装砂井加速软土地基的沉降,从效果上来说是有阶段性的。如杭甬高速公路试验段以开始一年 左右的时间为最佳,以后逐渐减缓。随着填土高度的增加,地基 沉降随之加大,尤其是填至极限高度时,沉降速率明显加快。根 据杭甬高速公路三个断面的实测资料,施工期在60天左右,固结 已达 50%,经 8 个月的堆载予压砂井区的固结度达90%左右,比 未加固的地段固结度要高得多。堆载予压8 个月,平均沉降速率 为0.30mm/d。土的压缩变形影响深度为00
15、.25m,较理论值小。侧向最大位移的位置在边坡中心，深度在地面下57m。证明堆载 过程中侧向位移主要发生在砂井加固区。实测资料表明,侧向位 移引起的地面沉降在总沉降中所占比例约为 16%,这自然与填土 速率有关。目前我们认为高速公路的地基沉降速率连续三个月控 制在 10mm/month 以内，可进行结构路面的修筑。但是在具体执 行中有困难，因延误工期太长，实际做法往往沉降到一定值时先 发挥经济效益，到一定程度再弥补。4、砂垫层与排水通道排水固结法必须要用砂垫层将砂井引上来的水排出，但砂垫 层的厚度并不一样，日本常用lm,国内常用0.30.5m。0.5m居多 数。只要满足地基地横向不均匀沉降条件
16、下能连通排水即可。因 此有单位通过路基横向沉降的测试，为了减低造价建议用0.3m的 砂垫层。过去有的高速公路已经采用了这个指标,效果也是可以 的,所以砂垫层的厚度可否减薄尚可探讨。高速公路路基比较宽 排水途径长,为了顺利把基底水排出,砂垫层中应再加设盲沟之 类的引水通道使水顺利引出。如一家外资企业在南京设厂生产的 塑料排水管,管内是高强度塑料弹簧做骨架,外包透水良好的塑 料网,排水效果很好。有时也可把垫层分为两部分；下部为碎石 层,上部为砂层。如宜黄高速公路,先铺碎石层,当便道使用, 砂井施工完成再上砂垫层，总厚度为0.50.6m。即有利于排水也 有利于施工。5、土工织物的作用在砂垫层中铺设一层或数层有一定强度的土工织物，是目 前常用的补强法。由于土工织物与砂垫层组成的复合体能承受较 大拉力，增加了地基土的抗剪强度。提高了路堤的稳定性
