软土地基路堤稳定性与沉降的控制技术

2020-06-18梁俊峰

黑龙江交通科技 2020年6期

梁俊峰

(晋中市交通建设质量安全监督局，山西晋中 030600)

1 工程概况

某公路工程总长约10.4 km，路基设计宽度为12 m，为二级公路。在公路沿线范围内，存在软土地基分布，还包括特殊性岩土，如湿陷性黄土与盐渍土。对于湿软路基段，其路堤填高为6.5 m，采用砂砾土作为路堤的填料。在沿线软基段中，地下水的实际埋藏深度相对较浅，在0.4～1.2 m范围内，高程处在978.3～978.5范围内，为典型的潜水，补给方式为大气降水和地表水渗透。因该工程软基段的地形较为开阔，和民房之间的距离相对较远，周围无重要管线，在制定软基处理方案时，可不考虑周围环境造成的影响。

2 软基处理

目前，公路软基处理方式有很多，具体可分成以下几类：改善地基类，如换填、挤淤和砂垫层；改善荷重结构类，如反压护道和采用轻质填料。具体根据现场实际情况选用。为保证软基处理效果，减少材料使用，还可采用多种方法进行综合处理。比如，换填在软土处在地表且厚度不大的情况下较为适用；挤淤在积水，且水不容易排除，没有硬壳的情况下较为适用；反压护道是指于路堤两侧进行护道的填筑，宽度不超过路堤，避免路堤以下地基产生隆起与挤出，在非耕作区与取土较为容易的情况下较为适用。

在该工程中，根据其地勘报告，软基段地下水实际埋深相对较浅，在0.4～1.2 m范围内。由于路堤填料不具透水性，所以在和软基相接触以后，受荷载作用，软基水将从路堤两侧向外排出，在这种情况下，软基将难以固结，使孔隙水压力增加，最终导致地基强度不足而产生整体失稳。而砂砾垫层具有较强的透水性，在受压之后，垫层将起到排水作用，促使孔隙水压力不断消散，加快软层固结速度，保证整体强度，防止路堤失稳。为对排水边界条件进行改善，使渗流水快速从路堤范围内排出，于地基表面铺设一层砂垫层，其厚度为0.8 m。该砂垫层具有良好渗透性，能减小对水流造成的阻力。之后再根据地基的强度，结合沉降实际情况实施填料分层填筑。

因路堤之外的地基由于受到路堤荷载作用也会产生压应力与剪应力，所以地基处治范围应比路堤的底部宽度略大，以此保证地基整体稳定性，避免侧向变形和因此产生的沉降。根据现行规范，实际处治范围需要比路堤底部两侧分别宽出1 m。另外，为使路堤荷载得以均匀分布，保证路堤填土强度与整体性，避免沉降，还要在砂垫层的表面铺设土工格栅。

3 路堤沉降与稳定性分析

为了给施组计划的制定提供正确指导，需对不同荷载条件下任意时间对应的固结度进行计算，然后以计算结果为依据，对地基土强度不断增长予以推算，以此对不同荷载条件下地基稳定性实施验算，确定加荷预压过程中沉降量，保证加载计划可以顺利完成。由于路堤荷载相对较大，所以在施工中通常采用分级增加方法。先通过前期荷载的适当施加，提高一定地基土强度，之后再逐级的施加荷载。在这种情况下，应对地基土由于固结而增加的强度实施推算，同时对不同荷载条件下的地基整体稳定性做理论验算。另外，针对这一充分路堤自身重量进行预压的情况，还应对路堤荷载下发生的沉降进行初步估算，进而为之后对运营过程中产生的沉降的控制提供便利。

该工程的工期为12个月，根据当地其它工程项目经验，在进入到10月份后，将因为气温很低无法进行路面施工，所以路基工期不超过5个月。根据现行规范的要求，对路堤进行稳定性验算时，需使用有效固结应力这一方法。地基土在受到路堤填料持续作用后将发生固结，使强度不断提高。为了保证路堤在最不利状况下的安全，对抗滑力进行计算时，在低水位的下部，实施浮重度计算；在下滑力的计算过程中，对于低水位下部，可直接采用浮重度，则在低水位和浸润线间，应采用饱和重度。在稳定验算中，容重安全系数主要由所用计算方法与抗剪强度决定，即容许安全系数要根据所选计算方法与强度指标来选定，以此对工程安全与否进行准确评价。在该工程中，将容许安全系数确定为1.2。对于地基产生的沉降，通过分层总和来计算，而地基固结度则主要根据太沙基理论通过计算确定。

由填土、时间和沉降之间的关系曲线可知(图1)，绝大部分的沉降可以在施工过程中完成，相比之下，前期沉降速度相对较快，随着沉降的不断完成，沉降速度越来越慢。根据路面施工完成后的沉降曲线与残余沉降曲线可知，在路面竣工后，沉降值为139 mm，基于此，路基填筑时，实际控制高程需要高于设计高程至少139 mm，只有这样才能使线形达到顺畅。另外，针对施工完成后产生的残余沉降，公路的管养部门需要切实加强监控，如果发现沉降，应立即进行填补处理。

图1 填土、时间和沉降之间的关系曲线

根据工程的进度安排和地基强度实际增长状况，可将路堤填筑施工分成以下三级：第一级在1～2月进行，填高为2 m，下滑力与总抗滑力分别为22.474 KN、56.692 KN，对应2.523的滑动安全系数；第二级在2～4月进行，填高为2 m，下滑力与总抗滑力分别为300.406 KN、643.392 KN，对应2.142的滑动安全系数；第三级在4～5月进行，填高为2.5 m，下滑力与总抗滑力分别为755.066 KN、1 094.399 KN，对应1.449的滑动安全系数，第三级加荷稳定计算结果如图2所示。可见，以上三级滑动安全系数都比容许稳定系数高。