淺談高速公路地基沉降處理方法

摘要：為了滿足日益增長的交通要求和提高道路服務水平，更好地為經濟建設服務，有必要對原高速公路進行改擴建，近年來己有不少地方對舊路進行了改造。本文首先論述了高速公路地基沉降處理方法研究的必要性，繼而對高速公路地基沉降處理的不同方案進行了分析，以期對我國當前的高速公路地基沉降處理提供一點可借鑒之處。

關鍵詞：高速公路 地基沉降 方法

0 引言

近年來己有不少地方對舊路進行了改造，多數為拓寬工程，但已拓寬的路面在開放通車后的一段時間內，個別地段在老路部分相繼發生了縱向開裂現象，裂縫寬度視路堤高度、軟土厚度及其性質等變化而不同，雨水由此滲入，加劇了路面結構層的破壞。裂縫產生的原因主要是由于在拼接荷載的作用下，新老路基之間產生的反盆形不均勻沉降。因此高速公路拼接工程中的差異沉降，是設計中應考慮到的一個關鍵性問題，如處理不當，極易導致路面的拉裂，影響路堤的使用，給行車安全帶來隱患。因此為了對以后的高速公路改擴工程提供指導，必須對高速公路的差異沉降的控制問題進行較為系統的研究。地基處理方案的選擇，可分為排水固結法、復合地基法和輕質材料法三類。排水固結法本身不能減小總沉降量，主要是加快土體的固結速度。為了防止差異沉降，必須在新老路基之間設置分隔墻(地下連續墻)，將新拼接路基的荷載對原路基的影響完全隔離，消除附加沉降的影響，是可靠的處理方案，此時新拼接路基可以選擇價格低廉的塑料排水板加超載預壓，采用加快排水固結的方案處理，同時也可防止由于抽水清淤而對老路基造成的附加沉降的產生，但工期較長，約須至少三年左右工期，適用于軟基以下存有孔隙比小于0.6-0.7承載能力高的土層的情況。復合地基法，主要是通過加固拓寬部分的地基來達到減小差異沉降的目的。在高速公路上，傳統的地基加固的方法主要是采用粉(濕)噴樁、旋噴樁，通過形成復合地基，在提高地基承載力的同時，起到減小差異沉降的目的。

1 輕質路堤填料的應用分析

軟土地基高速公路的工程中，軟土地基的沉降自施工開始之日起己發生，從路面竣工或開放交通以后在道路使用的一段時間內的沉降通常稱為工后沉降。有效的控制路堤的工后沉降是保證高速公路使用質量的關鍵，特別是對沉降要求極高的高速公路拼接工程。減輕路堤的重量(同時保證滿足使路堤邊坡穩定所需的路堤本身強度和變形)，使軟土地基所承受的上覆路堤荷載減小，進而減小地基的壓縮量，使路堤的沉降量減小。為了保證路堤的穩定性，又能達到減小路堤沉降的目的，所采取的減輕路堤重量的方法應是尋找一種具有足夠強度且不易壓縮變形的輕質材料作為路堤填料。從目前國內減小路堤重量的措施來看，主要是粉煤灰，EPS(Expanded Polystyrene)聚苯乙烯硬泡沫塑料近年來也逐漸在我國的高速公路的建設中采用，在國外己有不少成功的經驗，但在國內的應用中還處于起步階段；還有SLM(采用珍珠巖焙煉面成的輕質粒料)，在上海的多條一級公路中己采用，同時還有泡沫輕量土等。

2 排水固結法

2.1 排水固結法原理 排水固結法是采取措施將土中的水排走，促使減小土體的孔隙，使其密度增加、強度提高的方法，是較為經濟的一種軟土地基的加固方法。排水固結法的加固機理是通過向土體中打設塑料排水帶或砂井，在土體中形成豎向排水通道與地面水平排水砂層相連，組成排水系統，利用路堤本身的荷載進行堆載預壓，促使土體中的孔隙水排出，有效應力增加，從而達到土體固結的目的，提高地基的承載力，從而減小建筑物的工后沉降量。排水固結法加固軟土地基的原理是在軟基表面施加等于或大于設計使用荷載，經過施工期的預壓后，完成大部分或絕大部分的沉降。對于以工后沉降作為控制標準的高速公路來說，可以起到有效減小工后沉降的作用，但其本身并不能有效的減少總沉降量，當然可以部分的減小由于路面結構層的自重所產生的沉降量。其使用一般應根據工程地質條件配合等超載預壓措施。

2.2 高速公路改擴工程中的排水固結法 在新建高速公路的建設中，現有的施工實踐表明，排水固結法能加快非砂性土地基的固結速度，效果較好，一般情況下，路基在預壓后固結度可達到85%-95%，是經濟有效的地基處理方法。從排水固結法的加固機理可知，其不能有效減小地基的總沉降量，因此在高速公路的拼接工程中，由于老路下的地基的固結已基本完成，采用排水固結法進行新拼接地基的地基處理方案就具有一定的特性。首先，從拼接段地基的變形規律來看，由于在拼接荷載的作用下，新老路基間將產生差異沉降，當其達到一定量級時，必將導致路面的開裂。采用排水固結法處理的地基，一般都是軟弱地基，因此在路堤荷載的作用下，只能加快地基的固結速度，而不能有效的降低地基的沉降，因此在施工期易導致路堤的開裂。其次，排水固結法一般需結合等、超載預壓，兩側堆載土方的存在，將會進一步增大附加沉降量和對路堤構成危害，同時也會對原路的排水造成一定的影響。由此可見，在高速公路的拼接工程中，如采用排水固結法(向地基中打設砂井或塑料排水板)進行軟基處理時，為滿足拼接工程的需要，需采取一定的輔助防護措施。針對其處理時沉降量大，因此在其使用過程中，需采用必要的隔離措施，將新拼接荷載對老路的影響進行隔離，即在新老路基之間打設沉降隔離墻(地下連續墻)，將新拼接的荷載對原路的影響完全或部分隔離，防止由于沉降過大而導致原路的開裂。同時也有效地隔離了新老路基下的滲流的產生，其作用此時就相當于豎向防滲墻，其持力層應設在透水性差的硬粘土層上。由于工序較多、施工時間亦長，以及新拼接路基需要較長的預壓期(約需至少2-3年)，適用于軟基以下存在孔隙比小于0.6-0.7承載力高的土層情況。對于對工期要求相對較緊的高速公路的拼接工程來說，其使用受到一定的限制。

3 復合地基法

復合地基是指天然地基經地基處理后一部分土基得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區是由基體(天然地基土或被改良的天然地基土體)和增強體(樁體)兩部分組成的人工地基。在荷載的作用下，天然地基和增強體共同承擔荷載。復合地基中不同材料構成的增強體具有不同的自身強度和剛度，其受力機理和破壞特性亦不同。

3.1 水泥土樁復合地基 水泥土樁復合地基主要是利用水泥與軟粘土中的水發生水介和水化反應，反應的結果使軟土中大量的自由水被吸收成結晶水并固定下來，從而生成具有一定強度的柱體，起到加固地基的作用，是目前比較常用復合地基軟基加固方法。水泥粘土固化過程的物理化學機理與混凝土的硬化機理是不同的，混凝土的硬化作用主要是由砂石等骨料在水泥的水介和水化作用下進行固化，由于水泥用量多，所以其凝結速度快，凝結強度高。而水泥土固化過程中由于水泥摻入量很少，它是由粘土包圍水泥，因此與混凝土不同，水泥粘土的固化速度慢，強度亦低，并隨含水量的變化而改變。

3.2 控沉疏樁復合地基 預制混凝土樁基工程與一般基礎工程相比，具有樁材質量好、施工快、工程地質適應性強、場地文明等特點，被廠泛應用于各類建筑物和構造物的基礎工程上，如高層建筑、公共建筑、一般工業與民用建筑、港口、碼頭、高速公路、橋梁、重型機床、倉庫、護岸等領域。大量的工程實踐證明，預應力管樁具有如下優點和長處:①可工程化生產，成樁質量可靠；②耐久性好，單樁承載力高，單位承載力價格便宜；③設計選用范圍廣，容易布樁。對樁端持力層起伏變化的地質條件適應強；④運輸起吊方便，施工前期準備時間短，施工速度快、工期短，施工現場簡潔文明。⑤樁身耐打性好，穿透能力強。⑥施工監理、沉樁質量監測方便。

預應力管樁在工業與民用建筑中應用廣泛，且己形成比較成熟的理論，主要以承載力和沉降控制為主。由于高速公路的路堤荷載一般較小，因此從承載力上考慮，其一般都能滿足要求，因此應以沉降控制為主，即應以控制沉降的理論來進行剛性樁復合地基的設計。

參考文獻：

[1]蘇陽.高速公路擴建工程軟基路段施工簡介[J].水運工程.2007.2.

[2]郭志邊等.高速公路拼接段地基處理方法的探討[J].施工技術.2006.1.