高速公路施工過程中沉降變形的分析

【摘 要】軟土的特點(diǎn)就是壓縮性高、強(qiáng)度低、含水量大及透水性差等，高速公路如果在軟土地基上進(jìn)行修建，路基的變形與穩(wěn)定則是首先要面臨的主要問題，尤其是路面變形有嚴(yán)格要求的高速公路工程，其最關(guān)鍵的技術(shù)問題就是軟土地基的過量沉降變形。

【關(guān)鍵詞】高速公路；沉降變形；軟土地基；特點(diǎn)；規(guī)律

高速公路的路線都比較長，由于沿線的工程地質(zhì)條件變化非常大，在修建高速公路時(shí)，并不能詳細(xì)的勘察試驗(yàn)軟土地基及認(rèn)真的處理施工。此外，在軟土地基上進(jìn)行修建高速公路的過程中，會受到頻繁通行的施工車輛與機(jī)械及不斷變化的施工加載的順序與方式等的影響，從而不能夠精確掌握地基的基本特征與先期受壓的狀態(tài)。

1、高速公路軟土地基沉降變形的機(jī)理

通常情況下，在軟土地基上修建高速公路時(shí)，要有一定高度的路堤，地基內(nèi)部由于受到路堤的影響，會發(fā)生應(yīng)力與固結(jié)變形，而地基沉降的重要原因就是土的這種壓縮性[1]。

土體受力后的變形分為兩種，即體積變形、形狀變形。引起體積變形的原因是正力引，它不會使土體發(fā)生破壞，僅壓密縮小了土的體積；但引起形狀變形的原因是剪應(yīng)力，如果剪應(yīng)力的限度超出，就會剪切破壞土體，這時(shí)就會繼續(xù)發(fā)生變形。在地基中一般大面積的剪切破壞是不允許出現(xiàn)的。

2、高速公路軟土地基沉降變形的分析

2.1 沉降變形的組成

軟土地基沉降有兩部分組成，即堤身、地基。從經(jīng)典土力學(xué)的角度來講，地基沉降有三部分：主固結(jié)沉降Se、次固結(jié)沉降Ss與瞬時(shí)沉降Si，但最終軟土路基的沉降量是S=Se+Ss+Si。

主固結(jié)沉降是外荷載使超孔隙水壓力的水力梯度產(chǎn)生，而從土體中促使水排出，使土體骨架上有了應(yīng)力增量，最終導(dǎo)致了沉降。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，土的滲透性、壓縮性與孔隙的壓力影響到了水流的速率，水流的速率隨著孔隙壓力的消失而下降，之后在基本完成孔隙壓力的消散后，有效的應(yīng)力就達(dá)到了不變的狀態(tài)。這段變形就是固結(jié)變形，受到時(shí)間的影響，體積的變化是其主要的表現(xiàn)，與之相對的沉降就是主固結(jié)沉降。次固結(jié)沉降是在完成主固結(jié)變形后，超靜水壓力消散，受到有效應(yīng)力的影響，使土骨架改變而引起的?？紫端呐懦鏊俾蕦Υ喂探Y(jié)變形大小沒有影響，主要是由土骨架自身蠕變的性質(zhì)所決定。次固結(jié)的速率無關(guān)于軟土的厚度，而是受到孔隙比、有機(jī)質(zhì)的含量等因素的影響。瞬時(shí)沉降發(fā)生的速度相當(dāng)快，主要是在荷載的影響下，土未發(fā)生體積變化的畸變所導(dǎo)致的。加載的方式與速率直接影響著瞬時(shí)沉降。實(shí)際上，這三種地基沉降在受力后，是同時(shí)開始發(fā)生的，只不過基于某個(gè)環(huán)節(jié)有其主要的沉降變形，而且土的性狀不同，組成這三個(gè)部分的時(shí)間與大小也是不一樣的[2]。

2.2 沉降變形的特點(diǎn)

土的壓縮性影響著基礎(chǔ)沉降量的大小，容易壓縮的土，其有較大的基礎(chǔ)沉降量，同時(shí)也受到作用到基礎(chǔ)上的荷載性質(zhì)及大小的影響[3]。通常來說，基礎(chǔ)沉降隨著荷載的大小而發(fā)生相應(yīng)地變化；但是偏心等引起的沉降差較之于中心荷載，要大。沉降不均的地基與差異較高的路堤，造成了路面不同程度的變形。如果路基的沉降超過了特定的范圍，會破壞路面的功能與結(jié)構(gòu)，從而達(dá)不到設(shè)計(jì)公路的要求。軟土層厚的路段，其沉降比較大，反之，其沉降小，從而在公路上，就產(chǎn)生了縱、橫向沉降的不均勻，且影響到了路面排水情況，特別是在橋頭的過渡段，這個(gè)問題十分嚴(yán)重，汽車根本不能高速行駛。通常使用樁基礎(chǔ)或者是擴(kuò)大基礎(chǔ)作為橋梁，其沉降比較小，但與之相連的路堤通常比較高，會引起較大的沉降，在橋頭周圍會會出現(xiàn)沉降差，橋頭跳車情況易發(fā)生。

軟土的特點(diǎn)是壓縮性高、含水量大等，在荷載影響下，軟土路基造成的沉降的變形特點(diǎn)為[4]：①沉降量大。因?yàn)檎沉Ｅc粉粒是軟土的重要組成部分，而粘粒的含量又非常高，天然的含水量也比較大，承載力與抗剪強(qiáng)度都較低，因此在荷載的作用下，壓縮量變大，隨之沉降量也就變大了；②側(cè)向變形大。在受荷初期，來不及排出飽和軟土中的水，引起土體側(cè)向擠出，在水被逐漸排出時(shí)，土體體積產(chǎn)生收縮，從而使豎向沉降發(fā)展更快；③變形時(shí)間較長。基于軟土自身特性與較大的厚度，孔隙水不消散比較慢，下部軟土的排水尤其難，因而固結(jié)的時(shí)間就比較長，所以，側(cè)向變形與豎向沉降在時(shí)間上都比較長。

2.3沉降變形的規(guī)律

軟土地基的沉降變化主要有四個(gè)環(huán)節(jié)[5]：①發(fā)生。剛加載軟土地基時(shí)，土體有彈性，來不及使其中的孔隙水排出，土體由于發(fā)生側(cè)向變形，導(dǎo)致土體的瞬時(shí)剪切變形，荷載剛增加時(shí)，軟土地基有著較大的側(cè)移速率，沉降的增加呈線性狀態(tài)；②發(fā)展。在增加的填土高度、加磊的荷載及時(shí)間的延長情況下，逐漸排出了地基土中的孔隙水，而后超靜孔隙水壓也慢慢消失，土體被壓密，導(dǎo)致體積發(fā)生變形；③穩(wěn)定。荷載隨著加載的完成而不再增加，孔隙壓力越來越小，基本完全消散，還未完全形成固結(jié)，隨著時(shí)間的不斷推移，土體的沉降會持續(xù)性加大，沉降的速度不斷減小，土體固結(jié)不斷出現(xiàn)；④極限。在達(dá)到一定的時(shí)間后，沉降處于極限，沉降量也不再繼續(xù)加大，其速率變?yōu)榱?，地基的最終沉降量就是此時(shí)的沉降量。

3、結(jié)語

從分析軟土地基沉降變形的過程中可知，在路堤荷載的影響下，軟土地基的內(nèi)部會有應(yīng)力與固結(jié)變形出現(xiàn)，其原因是，地基沉降是由土的壓縮導(dǎo)致的。土體受壓后產(chǎn)生的變形，是土體由于出現(xiàn)排水固結(jié)引起的變形沉降所致。軟土地基主要有主固沉降、次固沉降與瞬時(shí)沉降。由于軟土的含水量高、抗剪強(qiáng)度低、滲透性差等特性，在荷載的影響下，軟土地基導(dǎo)致沉降通常是側(cè)向變形過大、沉降量過大及變形持續(xù)的時(shí)間過長等。所以在軟土地基上進(jìn)行高速公路修建時(shí)，要特別注意軟土地基沉降變形的技術(shù)分析。

參考文獻(xiàn)：

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