高速公路桥梁软土路基的设计

陈寿忠

【摘要】高速公路与桥梁软土路基路堤的问题是路桥设计与施工的重要组成部分。软土不同于正常土质的土体，它土质松软，具有很差的抗震能力和很好的压缩性，通常这种土质的土壤被称为软土或软弱土。而在修筑高速公路与桥梁时，当路基中的持力层以软土为主要结构时，这种路基就被称为软基路堤。软基是造成沉降与坍塌的主要原因，不管是高速公路还是桥梁的施工，都必须进行相关的台背填土等处理。

【关键词】高速公路桥梁；软土路基；设计

一、软土层物理性质

软土土层通常属于固结土或微超固结土，但部分软土土层因为新近沉积，所以也是欠固结土；软土土层由于其承载力水平不高，加之强度上升极缓慢，所以在增加负荷后容易发生不均匀的变形。常用的软土地基的处理手段有预压处理法、置换处理法及搅拌处理法等等。

二、软土路基是造成沉降与坍塌的主要原因

不管是高速公路还是桥梁的施工，都必须进行相关的台背填土等处理。而路基的压实度主要依赖于施工经验、施工机械、施工顺序和施工选材等，受上述原因影响，以及软基勘测的综合评估无法满足使用要求和达到设计标准，都会导致高速公路与橋梁软土路基的沉降和坍塌现象发生。特别是处于试运行阶段的高速公路，极有可能受车流量大、车辆超载及自然因素等影响，对路基塑性造成由浅到深的变形，从而发生沉降或坍塌。

地基沉降容易导致桥梁发生事故，而导致事故发生的原因还与桥梁的设计及施工有着直接的关系。究其原因，地质勘测深度不达标、钻孔数量分布不均及相关数据的准确度存疑（深度、范围、物理力学及有可能发生的微化学反应的计算等）；对桥梁地基的计算所采用的处理方法无法达到实际需求，造成路基无法满足设定目标，而带有侵蚀作用的雨水长期影响，强度降低甚至填土严重流失；高填方路段是桥头引道路堤的一部分，桥头路堤与桥涵结构之间沉降量落差较大，容易导致搭板长度不足的问题，进而导致顺接作用无法实现等，都是导致桥梁发生事故的原因。

三、以具体工程实例分析高速公路桥梁软土路基的设计

1.工程概况

本工程是某沿江公路路改造工程，设计全长71.10km，双向四车道，最高行车速度是100km/h。路基的宽度设计数值是24.5m。顺其建设沿线，四周均是埋深厚且分布特别广的软土土层，软土层的最深处达到了地下40米。软弱下卧层是由砂性土与砾石共同组成，在公路地基的一些路段边设计有高边坡，具体见表1。

表1填方路堤边坡坡率

边坡坡率（宽：高） 填方高度/m

上部8m为1：1.5 下部为1：1.75 在8m处设平台 >12

上部8m为1：1.5 下部为1：1.75 8～12

1：1.5 0～8

2.设计原理

软土地基设计、处理通常采用如下两种方法：第一种是改进软土地基的土壤结构比例。使经过处理的软土地基可以尽量和外界的新附加荷载、新水文等环境变化彼此适应。土壤压实软土地基、土壤置换软土地基、强夯软土地基、堆载预压软土地基，建有不同的排水措施（包括为软土地基设计截水沟、纵横两个方向的盲沟等）均是为了修正土壤比例，降低软土地基土壤中的空气所占何种及水分所占体积，进而提升土壤颗粒成份；第二种，选用软土地基固化手段以提升地基的抗变形力及挤压力。通常是用水泥或是石灰一类的原料，来改变土壤结构强度，增加其抗变形能力征。通常的方法有软土地基水泥搅拌桩，软土地基水泥粉喷桩等等。

3.地基极限高度分析

该路段建设沿线的软土土层范围内路堤对应的极限高度是2m～5m软基地处山间的低洼地带及湖岸沿线。软土土层主要含有淤泥质粘土与淤泥质粗砂两种成分组成。这些淤泥质粘土与淤泥质粗砂的物理性质不高，无法建设成持力层，其厚度通常在15m上下。软质土层主要位于公路的如下地点：

表2软质土层地点及厚度

软质土层地点

地点 软基厚度

K22+940～K24+180 2m～13 m

K25+340～K25+800 1.3m～3.8m

K26+200～K33+500 5m～20m

K47+300～K48+000 3m～8m

K59+800～K62+200 4.2m～15m

K64+100～K64+800 6m～10m

K66+500～K67+100 3m～8m

如上表所列这些地点的软土层相对厚的地方的软土地基路堤极限高度为：

HE=5.52×（CK/γ）

其中公式中的γ为填土的重度，单位是㎏/m?；Ck为软土的粘聚力，单位是Kpa，E为极限高度。

均质薄层软土地基路堤极限高度为HG= （CK/γ）×NS

其中公式中的γ为填土的重度，单位是㎏/m?；CK为软土的粘聚力，单位是Kpa，HG极限高度，NS为稳定因素。

对于软土层如果其性质分布不均匀，则用上面的两个公式无法准确计算出，会产生误差。如现场条件足够的话，可以通过进行筑堤试验以最后得出路堤极限高度。对于软土上面覆有坚硬层的软土路基谋算其路堤极限高度，并且当覆盖的坚硬层厚度超过1.5m的时候，要考虑应力扩散对其产生的影响，用如下公式计算：

He=0.5×H+（CK/γ）×NS

式中H为覆盖层厚度，单位是m。

4.软土路基具体设计

超高、标高以及路拱横坡的设计要点。第一，经过测量，若路线平曲线的直径在11000m以内时，需要将超高设置于曲线上方，而软土路基呈整体时，超高的过渡需要在缓和曲线中设置，且需绕开路基中部分隔带，于外侧边沿旋转；若软土路基呈分离时，超高的过渡，同样在缓和曲线中设置，且在设计中需注意超高的位置，避开行车道中心线，进而在中部旋转；第二，若路基为整体式，那么在设计中需注意其标高，应将高度定在中心线外1m处（位于中部分隔带边沿），针对分离路基而言，设计时应确保其标高与自行车道中心线相同；第三，若路段较为正常，那么行车道和路肩应设计为路拱横坡（2%），在设计土路标高时，其肩横坡应保持在4%。

结 语

综上所述，高速公路桥梁软土路基的设计与处理作为公路开发、建设中的重要课题，也是做好工程施工的基础。通过研究软土路基的设计原理，提出了具体设计方案，例如超高、标高以及路拱横坡的设计，软土路基排水系统设计要点，也探讨了针对在充分了解高速公路桥梁沿线软土路基的特点后选用适当的设计处理方案，提升设计处理效率。

参考文献

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