浅谈高速公路地基沉降处理方法

杨　山

摘要：为了满足日益增长的交通要求和提高道路服务水平，更好地为经济建设服务，有必要对原高速公路进行改扩建，近年来己有不少地方对旧路进行了改造。本文首先论述了高速公路地基沉降处理方法研究的必要性，继而对高速公路地基沉降处理的不同方案进行了分析，以期对我国当前的高速公路地基沉降处理提供一点可借鉴之处。

关键词：高速公路 地基沉降 方法

0 引言

近年来己有不少地方对旧路进行了改造，多数为拓宽工程，但已拓宽的路面在开放通车后的一段时间内，个别地段在老路部分相继发生了纵向开裂现象，裂缝宽度视路堤高度、软土厚度及其性质等变化而不同，雨水由此渗入，加剧了路面结构层的破坏。裂缝产生的原因主要是由于在拼接荷载的作用下，新老路基之间产生的反盆形不均匀沉降。因此高速公路拼接工程中的差异沉降，是设计中应考虑到的一个关键性问题，如处理不当，极易导致路面的拉裂，影响路堤的使用，给行车安全带来隐患。因此为了对以后的高速公路改扩工程提供指导，必须对高速公路的差异沉降的控制问题进行较为系统的研究。地基处理方案的选择，可分为排水固结法、复合地基法和轻质材料法三类。排水固结法本身不能减小总沉降量，主要是加快土体的固结速度。为了防止差异沉降，必须在新老路基之间设置分隔墙(地下连续墙)，将新拼接路基的荷载对原路基的影响完全隔离，消除附加沉降的影响，是可靠的处理方案，此时新拼接路基可以选择价格低廉的塑料排水板加超载预压，采用加快排水固结的方案处理，同时也可防止由于抽水清淤而对老路基造成的附加沉降的产生，但工期较长，约须至少三年左右工期，适用于软基以下存有孔隙比小于0.6-0.7承载能力高的土层的情况。复合地基法，主要是通过加固拓宽部分的地基来达到减小差异沉降的目的。在高速公路上，传统的地基加固的方法主要是采用粉(湿)喷桩、旋喷桩，通过形成复合地基，在提高地基承载力的同时，起到减小差异沉降的目的。

1 轻质路堤填料的应用分析

软土地基高速公路的工程中，软土地基的沉降自施工开始之日起己发生，从路面竣工或开放交通以后在道路使用的一段时间内的沉降通常称为工后沉降。有效的控制路堤的工后沉降是保证高速公路使用质量的关键，特别是对沉降要求极高的高速公路拼接工程。减轻路堤的重量(同时保证满足使路堤边坡稳定所需的路堤本身强度和变形)，使软土地基所承受的上覆路堤荷载减小，进而减小地基的压缩量，使路堤的沉降量减小。为了保证路堤的稳定性，又能达到减小路堤沉降的目的，所采取的减轻路堤重量的方法应是寻找一种具有足够强度且不易压缩变形的轻质材料作为路堤填料。从目前国内减小路堤重量的措施来看，主要是粉煤灰，EPS(Expanded Polystyrene)聚苯乙烯硬泡沫塑料近年来也逐渐在我国的高速公路的建设中采用，在国外己有不少成功的经验，但在国内的应用中还处于起步阶段；还有SLM(采用珍珠岩焙炼面成的轻质粒料)，在上海的多条一级公路中己采用，同时还有泡沫轻量土等。

2 排水固结法

2.1 排水固结法原理 排水固结法是采取措施将土中的水排走，促使减小土体的孔隙，使其密度增加、强度提高的方法，是较为经济的一种软土地基的加固方法。排水固结法的加固机理是通过向土体中打设塑料排水带或砂井，在土体中形成竖向排水通道与地面水平排水砂层相连，组成排水系统，利用路堤本身的荷载进行堆载预压，促使土体中的孔隙水排出，有效应力增加，从而达到土体固结的目的，提高地基的承载力，从而减小建筑物的工后沉降量。排水固结法加固软土地基的原理是在软基表面施加等于或大于设计使用荷载，经过施工期的预压后，完成大部分或绝大部分的沉降。对于以工后沉降作为控制标准的高速公路来说，可以起到有效减小工后沉降的作用，但其本身并不能有效的减少总沉降量，当然可以部分的减小由于路面结构层的自重所产生的沉降量。其使用一般应根据工程地质条件配合等超载预压措施。

2.2 高速公路改扩工程中的排水固结法 在新建高速公路的建设中，现有的施工实践表明，排水固结法能加快非砂性土地基的固结速度，效果较好，一般情况下，路基在预压后固结度可达到85%-95%，是经济有效的地基处理方法。从排水固结法的加固机理可知，其不能有效减小地基的总沉降量，因此在高速公路的拼接工程中，由于老路下的地基的固结已基本完成，采用排水固结法进行新拼接地基的地基处理方案就具有一定的特性。首先，从拼接段地基的变形规律来看，由于在拼接荷载的作用下，新老路基间将产生差异沉降，当其达到一定量级时，必将导致路面的开裂。采用排水固结法处理的地基，一般都是软弱地基，因此在路堤荷载的作用下，只能加快地基的固结速度，而不能有效的降低地基的沉降，因此在施工期易导致路堤的开裂。其次，排水固结法一般需结合等、超载预压，两侧堆载土方的存在，将会进一步增大附加沉降量和对路堤构成危害，同时也会对原路的排水造成一定的影响。由此可见，在高速公路的拼接工程中，如采用排水固结法(向地基中打设砂井或塑料排水板)进行软基处理时，为满足拼接工程的需要，需采取一定的辅助防护措施。针对其处理时沉降量大，因此在其使用过程中，需采用必要的隔离措施，将新拼接荷载对老路的影响进行隔离，即在新老路基之间打设沉降隔离墙(地下连续墙)，将新拼接的荷载对原路的影响完全或部分隔离，防止由于沉降过大而导致原路的开裂。同时也有效地隔离了新老路基下的渗流的产生，其作用此时就相当于竖向防渗墙，其持力层应设在透水性差的硬粘土层上。由于工序较多、施工时间亦长，以及新拼接路基需要较长的预压期(约需至少2-3年)，适用于软基以下存在孔隙比小于0.6-0.7承载力高的土层情况。对于对工期要求相对较紧的高速公路的拼接工程来说，其使用受到一定的限制。

3 复合地基法

复合地基是指天然地基经地基处理后一部分土基得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土或被改良的天然地基土体)和增强体(桩体)两部分组成的人工地基。在荷载的作用下，天然地基和增强体共同承担荷载。复合地基中不同材料构成的增强体具有不同的自身强度和刚度，其受力机理和破坏特性亦不同。

3.1 水泥土桩复合地基 水泥土桩复合地基主要是利用水泥与软粘土中的水发生水介和水化反应，反应的结果使软土中大量的自由水被吸收成结晶水并固定下来，从而生成具有一定强度的柱体，起到加固地基的作用，是目前比较常用复合地基软基加固方法。水泥粘土固化过程的物理化学机理与混凝土的硬化机理是不同的，混凝土的硬化作用主要是由砂石等骨料在水泥的水介和水化作用下进行固化，由于水泥用量多，所以其凝结速度快，凝结强度高。而水泥土固化过程中由于水泥掺入量很少，它是由粘土包围水泥，因此与混凝土不同，水泥粘土的固化速度慢，强度亦低，并随含水量的变化而改变。

3.2 控沉疏桩复合地基 预制混凝土桩基工程与一般基础工程相比，具有桩材质量好、施工快、工程地质适应性强、场地文明等特点，被厂泛应用于各类建筑物和构造物的基础工程上，如高层建筑、公共建筑、一般工业与民用建筑、港口、码头、高速公路、桥梁、重型机床、仓库、护岸等领域。大量的工程实践证明，预应力管桩具有如下优点和长处:①可工程化生产，成桩质量可靠；②耐久性好，单桩承载力高，单位承载力价格便宜；③设计选用范围广，容易布桩。对桩端持力层起伏变化的地质条件适应强；④运输起吊方便，施工前期准备时间短，施工速度快、工期短，施工现场简洁文明。⑤桩身耐打性好，穿透能力强。⑥施工监理、沉桩质量监测方便。

预应力管桩在工业与民用建筑中应用广泛，且己形成比较成熟的理论，主要以承载力和沉降控制为主。由于高速公路的路堤荷载一般较小，因此从承载力上考虑，其一般都能满足要求，因此应以沉降控制为主，即应以控制沉降的理论来进行刚性桩复合地基的设计。

参考文献：

[1]苏阳.高速公路扩建工程软基路段施工简介[J].水运工程.2007.2.

[2]郭志边等.高速公路拼接段地基处理方法的探讨[J].施工技术.2006.1.