道路软土路段沉降影响因素及处理方式研究

2022-06-01张铁军

北方交通 2022年5期

张铁军

(江苏龙腾工程设计股份有限公司南京市 210000)

0 引言

我国江浙、广东沿海地区地质条件较为复杂，道路设计和施工过程中存在较多不良地质条件，其中软土地基就是最常见的一种不良地质。软土的特性较差，承载力较低，沉降大，同时不同地区各种软土差异性较大，总体而言，软土地基往往具有排水差、含水量高、沉降变形大、强度低的特性，因此导致软土地基不能作为有效的建筑地基，性质较差的软土给道路工程建设带来了较大的难度。对于道路工程而言，软土地基沉降较大，而规范中对道路软土地基的工后沉降有严格要求，道路沉降过大，往往会导致桥头跳车、开裂等现象[1-2]，软土地基处理的效果直接关系到道路工程质量，因此在设计和施工过程中需要对软土地基进行深入研究，通过现场钻探、室内试验研究各种软土的工程特性，研究影响沉降的相关因素和其变化规律，并根据相关规律针对性地采用相应的工程处理措施。就道路软土地基沉降规律和影响因素进行研究和探讨，为道路工程软土地基处理、控制工后沉降，提供一定的参考价值[3]。

软土地基沉降对道路建设有较大影响，影响沉降的因素较多，有软土本身的特性，例如含水量、软土厚度、软土埋深等，也有外部因素，比如道路的填土高度H、外部加载等[4]。重点分析软土厚度、软土埋深和路基填土高度对道路工后沉降的影响，找出其中的一些规律，为道路软土地基处理提供一定的参考。

1 工程案例

1.1 道路条件

以南京江北凤滁路、康盛路为模型[5]，凤滁路长为1.2km，康盛路长640m，道路红线宽均为24m，道路填土高度0.5～4m不等，两条路各有一座1-20m简支梁桥，桥头填土高度较高。

1.2 地基条件

道路全线分布有软土地基，软土埋深0～8m不等，软土厚度2～16m，平均含水量38%，软土地基承载力60kPa，流塑～软塑状态，初始孔隙比1.32，强度指标c=14kPa，强度指标较低。

两条道路地质条件较差，需要进行软土地基处理，减少道路的工后沉降，特别是降低桥头段的工后沉降，消除桥头段差异沉降而引起桥头跳车现象，由于全线软土厚度、埋深、道路填土高度均不同。文中借鉴该软土指标，以该项目为模型，分析了影响道路工后沉降的相关因素，找出一些规律，为不同情况下的道路软土地基处理提供一定的借鉴意义。

图1 道路工后沉降模型

2 影响道路工后沉降相关因素及规律的探讨

2.1 软土厚度h对道路工后沉降的影响规律研究

路基填土高度H保持不变，不同的软土厚度对于路基工后沉降有着较大影响，原则上道路软土厚度越大，道路的工后沉降越大，具体影响规律如图2所示。

图2 软土厚度h与道路工后沉降的关系

从图2可以明显看出，在路基填土高度一定的情况下，软土厚度越厚，道路工后沉降越大，但从图中也可以发现，当软土超出一定厚度后，对道路的工后沉降影响逐渐减小，该临界的软土厚度约在15m左右，在15m以内，道路工后沉降随着软土厚度的增加会急速增大，超过15m以后，道路工后沉降随着软土厚度的增加逐渐变缓，因此在道路设计过程中，对软土较厚的路段最好处理到15m以上，可以大大减少处理后道路的工后沉降。

2.2 软土埋深对道路工后沉降的影响规律研究

道路工程设计过程中，遇到的软土埋深也经常不一致，有的软土埋深很浅，硬壳层很薄或者几乎没有硬壳层，也有的软土埋深比较深，软土顶面硬壳层较厚，不同的软土埋深对道路的工后沉降也有较大影响。探讨不同软土埋深对道路工后沉降的影响，从中找出相关规律，对工程设计时和施工过程中处理不同深度软土提供一定的借鉴价值。假定路基高度H保持不变，软土厚度h一定，研究了不同软土埋深对道路的沉降影响，不同的软土埋深对道路工后沉降影响规律如图3所示。

图3 软土埋深与道路工后沉降的关系

从图3可以明显看出，软土埋深越浅对道路的工后沉降影响越大，软土埋深越深，对于道路工后沉降影响减小，当软土埋深超过一定深度时，深层软土对道路的工后沉降影响相对较小，影响逐渐趋于稳定。

从图3中可以看出，软土埋深大约超过20m后，对道路的工后沉降影响相对较小，可见在设计过程中，浅层软土需要重点关注和处理，深层软土对道路影响沉降较小。

2.3 路基填土高度H对道路工后沉降的影响规律研究

在实际设计和运营过程中发现，软土路段，道路填土高度对路基的工后沉降影响较大，假定软土埋深、厚度一定的情况下，不同的路基填土高度对路基工后沉降影响如图4所示。

图4 路基高度H与道路工后沉降的关系

从图4中可以明显看出，软土地基路段，不同的路基填土高度对道路的工后沉降影响较大，道路的工后沉降随着路基填土高度的增加逐渐变大，因此在工程设计过程中，一定要控制好路基的填土高度。在满足相关技术规范要求和规划控制标高的前提下，尽量以低填为主，这样路基在施工后，工后沉降相对较小，不容易产生变形、开裂、桥头跳车等现象，而且填土高度低，软土地基处理难度相对较小，软基处理后容易达到规范要求，确保了工程质量和道路的使用寿命。

以上主要分析了三种常见因素对道路工后沉降的影响，也是道路工程设计和施工过程中经常遇到的几种因素，主要包含软土厚度、软土埋深和路基填土高度，从以上情况来看，往往软土厚度越厚、软土埋深越浅，路基填土高度越高，地基处理难度越大，道路建成后的工后沉降越大，越容易产生变形，工程质量越差，从而直接影响道路的使用寿命，因此在道路工程设计和施工过程中，需要重点关注软土埋深浅、厚度厚、路基填土高度高的路段，这些路段需要重点关注和设计，从而需要选择合适的地基处理方案。

目前道路软土路段地基处理方法较多，常见的有：换填处理、桩基础复合地基处理，预压排水固结处理等[4]，本文就目前城市道路和公路设计和施工过程中常用的两种地基处理方案做一个简单介绍，总结一些规律，为软土路段道路工后沉降处理方法的合理选择提供参考。

3 水泥土搅拌桩对软土路段道路工后沉降影响规律研究

道路工程设计过程中经常遇到埋深较深，厚度较厚的软土，为了控制道路的工后沉降，往往会采用桩基础进行处理，这其中水泥土搅拌桩处理方案是经常被采用的，工程实践证明，水泥土搅拌桩处理对桥头段、桥头过渡段、软土较厚路段、填土较高路段处理效果良好，水泥土搅拌桩处理方案可以从很大程度上降低道路建成后的工后沉降，从而满足规范的设计要求，因此探讨水泥土搅拌桩处理软土的影响规律对于道路工程设计具有较强的参考价值，找出其中相关规律，并进行分析总结，改善道路工程软土地基处理的设计方案，节省工程投资具有良好的现实意义，主要研究了不同桩长对于软土处理效果，参考南京凤滁路道路工程等地勘报告，软土埋深较浅，厚度约2～16m，软土的初始孔隙比较大、强度较低，在该条件下，分析了不同水泥土搅拌桩桩长处理后，道路工后沉降的变化规律，具体如图5所示。

图5 桩长与道路工后沉降的关系

从图5中可以明显看出，水泥土搅拌桩的桩长对于道路软土地基处理后的工后沉降影响较大，处理后的道路工后沉降随着水泥土搅拌桩桩长的增加而迅速降低，但是从图中也可以看出，当水泥土搅拌桩桩长超过软土层厚度时，桩长的增加对工后沉降处理效果显著降低，因此在道路设计过程中，当采用水泥土搅拌桩处理软土时，水泥土桩长尽量穿透软土层，少采用悬浮桩，一般以穿透软土层0.5m即可，这样处理效果良好，还能节省工程投资。