结合工程实例探讨高速公路施工中软土路基沉降的处理

高霞

摘要：随着我国公路建设的快速发展，软土问题成为影响公路工程质量和建设工期的重要因素之一。由于公路地质形成的特殊性，沿线路基下经常存在深厚的软土层，在该软土地基上修建道路时，有可能因地基沉降或差异沉降过大而影响道路的正常使用功能。文章从软土的工程特性出发，结合工程案例提出了软土地基沉降处理的方法。

关键词：高速公路；软基沉降处理；气泡混合轻质土FCB

Abstract: Along with our country highway construction rapid development, the soft soil in the highway engineering quality and construction period is one of the important factors. Highway geological formation due to the particularity of roadbed along often exists the deep soft soil, in the soft soil foundation of road building, likely due to settlement or differential settlement is too large to affect the normal use of the road function. The article from the soft soil engineering characteristics, combined with the engineering case to put forward the settlement of soft soil foundation treatment method.

Keywords: expressway; soft foundation settlement; bubble mixed light soil FCB

中图分类号：U415.6 献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）12-0020-02

1工程概况

某高速公路为实现年底通车的目标要求，软基处理超载预压路段要在8月底前卸载，9月15日前完成路基交验，软基设计沉降稳定判断标准为连续2个月月沉降量不超过5mm，因此需对原有软基处理无法满足稳定要求的段落进行进一步处治。不满足稳定要求的段落有2段，其原有的软基处理方案、沉降观测数据及预测情况如下。

1）HK0+245～HK0+277.5L1合同段表层为2.9m厚亚粘土硬壳层，其下为厚约11.3m的淤泥质亚粘土软弱层，再下为亚粘土层。原设计采用水泥浆液搅拌桩处理，处理深度15m，间距1.4m，预压填土高度3.23m。该段沉降板观测数据表明，达到恒载后，沉降速率一直没有趋于稳定，2008年5月份沉降速率为8mm/月，6月份沉降速率为7mm/月，当时预测7月份沉降速率为6.7mm/月，8月份沉降速率为6.1mm/月。

2）K9+740～K9+810L3合同段表层为2.2m厚亚粘土硬壳层，其下为厚约22.55m的淤泥质亚粘土软弱层，再下为亚粘土层。原设计采用塑料排水板处理，板长25m，间距1.3m，平面上梅花形布置。根据实测资料，该路段目前实际超载高度为1.18m，实测累计沉降量为2 746mm，已经超出设计预期理论沉降量269mm，2008年5月沉降速率为30mm/月，6月沉降速率为26mm/月，当时预测7月沉降速率为22.4mm/月，8月份沉降速率为19.0mm/月，9月份沉降速率为17.3mm/月。

2软土路基沉降处理方法

对预测的8月底不能满足卸载标准的路段，当时已无超载预压时间，而设置路基超填高度又难以解决根本问题，其只能作为辅助方案考虑，故提出了预应力管桩、高压旋喷桩2种增强地基和采用粉煤灰、EPS（泡沫塑料）块体、EPS颗粒混合土和气泡混合轻质土（FCB）4种轻质填料减轻永久荷载共6种方法进行比选。

3方案比选

对上述6种方案进行了技术、经济比较，增强地基法中，补打预应力管桩是最优方案;减小永久荷载法中，换填FCB轻质土是最优方案。就造价而言，桩长小于16m时，补打预应力管桩的造价小于换填FCB轻质土;桩长大于16m时，补打预应力管桩的造价大于换填FCB轻质土。从工期考虑，补打预应力管桩需要全断面开挖，打设管桩并现浇桩帽后，再回填压实路基;而换填FCB轻质土开挖量少，换填料采用现浇法，无需压实，工作面要求小，工期相对较短。处理效果上，尽管补打预应力管桩法在确保桩端进入持力层约1 m后，复合地基压缩量很小，但由于垫层的设置以及路堤自身的密实变形，还是会产生一定的沉降量（很难计算），因此处理效果不易保证，且工程实例少;换填FCB轻质土法通过大量减少永久荷载，根据超载预压原理，效果比较容易得到保证。此外，考虑桥台台背施工对桥台稳定性的影响以及台后填料的压实度，桥头路段和构造物两侧路段均不宜采用补打预应力管桩方案。因此经综合比较，确定采用换填FCB轻质土方法。

4实体工程软土路基沉降处理

FCB轻质土制作流程见图1。由固结度概念可知，t时刻土层的平均固结度为此时土层各点土骨架承担的有效应力图面积与起始超孔隙水压力（或附加应力）图面积之比：

根据有效应力原理，土的变形只取决于有效应力。因此，对一维竖向渗流固结，土层的平均固结度又可定义为:

式中，Sct为地基t时刻的固结沉降量;Sc为地基最终固结沉降量。

根据超载预压原理，假设换填气泡混合轻质土后路基的永久荷载（附加应力）为p'，则在此荷载下路基的最终沉降为S'c，如果令Sct=S'c，此时有U't=1，即土体完全固结。因此，只要使p'=σ'(σ'为当前的有效应力)，理论上土层的沉降全部完成，彻底消除了工后沉降。

桥梁和道路过渡段处理方时，纵断面台阶宽8～10 m，高度根据换填厚度确定，为0.6～1.2

m，最后一级台阶厚度应大于1.0 m。在轻质土与桥台交接处设厚3 cm的泡沫板变形缝，横断面台阶随该处纵断面的深度变化，并逐步过渡到矩形。对于一般换填路基段处理，换填横断面也为台阶型，中间厚度最大，两端厚度最小。在气泡混合轻质土顶层用底基层材料对纵、横坡度进行调整。

换填气泡混合轻质土具体施工方法如下。

1）施工前做好基底防排水工作，在坑槽最低处开挖宽度小于1m的泄水口，以避免坑槽内积水。

2）严格控制开挖断面底标高，确保基底压实度达到规定要求;填筑施工时，横向施工缝间距为0.1m，气泡混合轻质土顶面0.3m下布置1层网孔为5cm×5cm的钢丝网片，钢丝直径为32mm，网片纵、横向互相搭接，搭接长度为10cm。

3）气泡混合轻质土浇筑施工时，单层厚度应控制在0.3～0.8m内，不同层浇筑时间间隔以人在已浇筑好的轻质土层上行走时看不到明显脚印为宜。施工过程中如遇到大雨应立即停工，并采取遮雨措施保护未终凝的轻质土。

4）气泡混合轻质土浇筑好后，7d内不允许任何机械在其上面行驶，至少养护7d后才能在其上进行路面施工。为便于用底基层材料对路面纵、横坡度进行调整，气泡混合轻质土顶层施工时应做成小台阶。

图1 FCB制作流程

处理结果：换填处理后软弱地基段路基的沉降曲线迅速趋于平稳，连续5个月路基沉降量都基本为零，达到了处理预期效果。

5结语

我国软土分布广泛，软土路基的沉降处理一直是高速公路建设需要解决的问题。本文结合实体工程对软土路基的处理方法进行了研究，发现采用超载预压原理来确定气泡混合轻质土的换填深度是可行的。在软土路基换填气泡混合轻质土，可大幅度地减轻路基荷载，使沉降速率迅速收敛，有效缩短预压时间。此外，气泡混合轻质土具有：1）轻质性，用在路基上一般容重为5～6kN/m3；2）高流动性，通过泵压送的方式进行运送，最大运送距离可达到1 500m；3）易于施工，可在狭小空间内进行回填施工，不需机械碾压施工，不需震捣，施工工期短；4）固化后的自立性，可垂直填土，属水泥类材料，与高分子材料相比，其具有耐久、耐热及抗油污能力强等特点，在公路软基处理、道路加宽、桥台台背填土，特别是解决深厚软土路堤的沉降等方面具有独特作用。实践证明，气泡混合轻质土集新技术、环境保护、资源合理利用为一身，在公路软基处治领域具有广泛的应用前景。

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