浅析高速公路软土路基设计

刘长春

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

1 工程概况

该高速公路全长为70km。设计时采用双向四车道，该公路处于我国平原地区，设计最高行驶速度为100km/h。路基宽度设计为25m。沿着高速公路沿线分布有埋深较厚且广泛分布的软土层。该软土层最后处达-43m，最厚范围位于公路的K34+100～K46+500(此范围厚度最小值也大于30m)。软弱下卧层主要为砂性土和砾石，在公路部分路段有高边坡，具体见表1。

表1 填方路堤边坡坡率

2 软土路基处的设计

路基边坡防护设计、路堑挖方边坡、挡土墙防护设计按一般路面设计在此不再叙述。不具有软土层的路面设计按照国家标准设计。在此，本文不再讲述，下文介绍软土路基处的地基极限高度设计。

2.1 地基极限高度分析

该公路沿线软土层区域路堤的极限高度在2～5m。此工程软基主要位于山间低洼处和湖岸沿线。软土主要有淤泥质粘土、淤泥质粗砂组成。这些土质物理性质较差，难以作为持力层，厚度一般在15m左右。软质土层主要位于:K34+600～K34+800、K45+200～K45+350、K46+250～K46+350、K46+550～K46+650，这些部位的软基厚度在1.0～9.5m;K33+600～K33+800、K45+400～K45+450、K46+400～K46+500、K46+750～K46+850，这些部位的软基厚度在4.2～13m。

对于以上软土层较厚处软土地基路堤极限高度为

公式:γ为填土的重度，kg/m3;CK为软土的粘聚力，kPa;HE为极限高度。

均质薄层软土地基路堤极限高度为

其中:γ为填土的重度，kg/m3;CK为软土的粘聚力，kPa;HE为极限高度;NS为稳定因素。

对于软土层性质不均匀，用以上2个公式计算不可避免会产生较大的误差。若现场条件允许可以使用筑堤试验确定路堤极限高度。对于软土上覆盖一层坚硬层的软土路基路堤的极限高度:当覆盖层厚度大于1.5m时，需要考虑应力扩散，使用以下公式计算

式中:H为覆盖层厚度，m。

3.2 软土地基处理对策

(1)软基埋深深度不超过5m时，采用好的土质置换相应的软土，即采用换填法。

(2)当填土高度不足4m时，采用塑料排水板超载预压处理;当填土高度不超过6.5m时，此时沉降量较小，除以上措施外还需设置1～3层的土工格栅(此措施也适合沉降量小于1.2m)。

(3)当软基埋深深度不超过13m时，采用水泥搅拌桩+土工格室复合地基处理，需要适当进行超载预压。此处理方式也可用于填土高度不超过6.5m的软基路段。土工格室垫层和碎石桩在荷载作用下相互作用，共同工作，形成一双向增强的复合地基形式，它兼备了土工格室垫层和碎石桩复合地基加固软基的优点。其受荷载后如图1所示。要求格室片厚不小于1mm，格室焊接处结合力不小于1000N。保证处理后地基承载力可以达到150kPa。

图1 均布荷载土工格室垫层对碎石桩桩顶的约束

(4)软土地基深度不小于12m，可以采用管桩托板+钢塑土工格栅的处理方式，也需要进行超载预压。此施工工艺也可用于处理填土高度超过6.5m的软基路段。在设计管桩时，设计承载力为400kN，复合地基承载力设计为150kPa。

3.3 处理效果

该道路设计施工完毕后，距今已有数年，路基、路面的状态良好，通车顺畅、未出现坍塌、龟裂等问题。可以得知:该工程软土路基设计、施工质量较高。在软土地基上修筑路基时应尽量控制路基的填土高度。必须保证小于通过上式得出软基的地基极限高度。

4 软土路基处理的一般措施

软土主要特征为各层之间物理力学性质相差较大、天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低。若以软土作为持力层则难以保证有足够承载力。故需要对软土层进行处理以保证拥有足够的承载力。软土淤泥含量一般较高，可高达30%～60%。为了处理软基问题可以使用以下方案。

4.1 清淤换填方案处理

对于软土埋深较浅或厚度较小。可以将地基淤泥挖去，直至挖到承载力较高的土层。置换承载力较高的砂砾填入地基。铺填时需要分层铺填，每层厚度不得大于50cm，每填完一层，进行压实处理，然后进行下一层填筑。

4.2 土工织物铺楚法处理软土路基

在软土区域内，铺设一至多层的土工织物。土工织物不仅可以提高软土地基的承载力，而且可以减小路基的不均匀沉降。同时也可以提高路基的排水能力。对于含水量较高的软土地基，可以以土工织物作前期处理，留出足够时间可以进行其他加固方式施工，提高施工的安全性。

4.3 加筋土处理

加筋土是由土和筋体组成的复合土体。在填土工程过程中铺设加筋带或土工格栅或土工织物等加筋材料，以增强土体的抗拉、抗剪强度和整体稳定性。现代加筋材料有为高分子材料(pp、pvc、pe)、表面镀锌钢筋带等。加筋土处理软土地基具有特别的优势。加筋土可以和其他处理方法合用提高处理效果。可以节省大量的费用，且可以保证结构物和路堤之间沉降可以保持连续。

4.4 预压处理

不论是一般路基还是软土路基。地基设计时都要从满足构造物的承载力、沉降等方面进行设计。根据路堤的填土高度，稳定满足要求后可以对超限部分采用预压。必须满足沉降量要求。该方案施工方便、花费低，被广泛使用。

［1］赵俊刚.高速公路工程地质与特殊路基设计［J］.山西交通科技，2008，(3):11-12.

［2］胡定强，黄有，张付林.高速公路上的“头号杀手”——汽车追尾事故［J］.汽车运用，2010，(1):15-16.

［3］冯玉龙，杨勇波，李飒.高速公路扩建工程中旧桥改造利用设计思路［J］.山西建筑，2010，(1):16.

［4］李存宝，李元鑫，戴玉双，朱哲明.车辆荷载和静荷载对路肩式挡墙影响的研究［J］.四川建筑科学研究，2011，(4):2-3.

［5］蒋家龙，刘长平，张正.特殊环境条件下某滑坡地质灾害治理方案研究及探讨［J］.安徽地质，2011，(4):25-26.

［6］周健，王家全，孔祥利，贾敏才.砂土颗粒与土工合成材料接触界面细观研究［J］.岩土工程学报，2010，(1):55-56.