江蘇省沿江高速公路路基設計研究

摘 要：針對江蘇省沿江地區特殊的地形特征和土質結構，詳細分析該區域高速公路路基設計中應重點關注的問題，避免由于生搬硬套路基設計規范造成的高速公路質量問題。為其他類似江蘇沿江地區地質結構區域的高速公路路基設計提供參考。

關鍵詞：沿江 路基 設計

中圖分類號：U2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0062-02

長江自西向東橫貫江蘇省境內，分布于長江南北的高速公路處于特殊的地理位置—— 長江三角洲沖積平原，該區域平均填高為3～4 m，南岸多為粘土及粉性亞粘土，北岸多為粉砂性亞粘土。

鑒于其他省份沿江高速公路質量問題頻發，給當地交通帶來諸多不便，影響當地經濟發展，增加政府基礎設施投資負擔，筆者結合江蘇省沿江高速公路的實際，對路基設計提出一些自己的見解。

1 軟土路基設計原則

軟土地基上公路路基的設計包括沉降計算、穩定驗算及其相應的處治方法的設計；施工中的沉降與側向位移（穩定）觀測的技術要求應作為設計內容。在進行軟土路基設計時應遵循以下原則[1]。

（1）路基在施工期間和使用期間應是穩定的，不因填筑荷載、施工機械和交通荷載的作用而引起破壞，也不應給橋臺、涵洞、擋土墻等構造物及沿線各種設施帶來過大的變形。（2）為避免路基沉降造成涵洞、擋土墻等構造物變形破壞，應首先考慮提前填筑路基，在其充分沉降后再修筑構造物的方案。（3）為避免路面的變形破壞，以及連接橋梁、涵洞等構造物的引道路基產生不均勻沉降，公路應嚴格控制在規定年限內的工后剩余沉降量。（4）在軟土層厚且沉降歷時較長的地區及大范圍的軟土地區，有時很難使工后剩余沉降量控制在要求的范圍內，或者雖能控制但極不經濟時，則應考慮設置橋頭搭板、鋪筑臨時性路面、加強養護的分期修建方案。（5）在沒有一定厚度硬殼層的軟土地基上，不宜直接修筑填土高度小于2～2.5 m的低路基。這種低路基在交通荷載作用下，可使路面發生較大的不均勻沉降，特別是當軟土地基不均勻，重型車輛交通量較大時，更加明顯。（6）為保證路基穩定或控制工后剩余沉降，均需采取相應的處理措施。在選擇處理措施時，應考慮地基條件、公路條件及施工條件，尤其要考慮處理措施的特點、對地基的適用性和效果，以確定符合要求的處理措施。

2 常州至太倉段路基設計分析

江蘇沿江高速公路常州至太倉段工程曾獲得第七屆中國土木工程詹天佑獎，是江蘇省“四縱四橫四聯”高速公路網的重要組成部分。整個工程起于武進區湖塘鎮，止于江蘇與上海交界處的新瀏河，全長134.67 km。路基寬度：董浜樞紐以西100.845 km四車道28 m，董浜樞紐以東33.825 km六車道35 m。該工程采用了多項新技術，進行了一系列科技創新，例如“長久性路面”，“瀝青上面層石料適應性”等[2]。

江蘇省常州市至太倉市路段位于長江南岸，整個高速公路工程路基為軟土基。由于軟土具有高含水量、高液限、低密度、低強度、高壓縮性、低透水性，高靈敏度的特點，因此路基的穩定性和沉降必須得到有效的控制。合理而有效地對這些軟土路基進行設計成為建設高質量、高標準公路的關鍵問題之一。以下分析常州至太倉段高速公路在路基設計方面在筆者認為可以采取的兩種做法。

（1）對江蘇沿江高速公路常州至太倉段路基設計中應充分考慮其地質條件為軟土，因此在設計中應采取對土基摻石灰以提高路基的強度。

根據研究，沿江地區公路路基工程中摻入石灰量為5%～8%為宜。一般將土中摻入了石灰石燒成的生石灰（CaO）或其水化反應生成物（主要為Ca（OH）2）后稱為石灰土，經粉碎、拌勻、壓實等工序后稱為石灰穩定土。石灰穩定土有以下特性：石灰對土中粘性產生塑化作用，使土塑性指數變小，在石灰作用下，土的塑限增大而液限減小，同時其極限收縮量變小。粉質中液限粘土在摻灰2%、4%、6%、8%時的塑性表現及極限收縮情況如圖1，2所示。

灰土強度石灰的摻入量不成線性關系，即并非摻入的石灰越多，路基的強度越高。當摻灰量超過最佳量之后多余石灰極低的摩阻能力反而使得強度下降。因此針對常州至太倉段高速公路工程土基的勘察結果應當選擇合適的摻灰比以保證路基強度達到設計標準。根據數據，該段工程的摻灰量應控制在6%～8%為宜。

另外，石灰穩定土的強度還與固化時間和固化溫度等因素有關。具體關系如圖3，4所示。

需要說明的是，圖3中軟土摻入石灰后固化時間與強度之間的關系是在其他因素保持穩定的情況下得出的，同理，圖4表示的關系也是只有溫度是變量的情況下得出的。常州至太倉段高速公路的路基設計中應充分將這兩幅圖展現的關系考慮進去，選擇適宜的施工季節和正確的養護時間長度。

（2）排水固結法。

排水固結法是對天然地基，或先在地基中設置砂井（袋裝砂井或塑料排水帶）等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載；或在建筑物建造前在場地上先行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時強度逐步提高的方法。主要有以下幾種施工方法。

①堆載預壓法。

在建筑場地臨時堆填土石等，對地基進行加載預壓，使地基沉降能夠提前完成，并通過地基土固結提高地基承載力，然后卸去預壓荷載建造建筑物，以消除建筑物基礎的部分均勻沉降。

一般情況是預壓荷載與建筑物荷載相等，但有時為了減少再次固結產生的障礙，預壓荷載也可大于建筑物荷載，一般預壓荷載的大小約為建筑物荷載的1.3倍，特殊情況則可根據工程具體要求來確定。

為了加速堆載預壓地基固結速度，常與砂井法同時使用，稱為砂井堆載預壓法。沙井法適用于滲透性較差的軟弱粘性土，對于滲透性良好的砂土和粉土，無需用砂井排水固結處理地基；含水平夾砂或粉砂層的飽和軟土，水平向透水性良好，不用砂井處理地基也可獲得良好的固結效果。

②真空預壓法。

真空預壓指的是砂井真空預壓。即在粘土層上鋪設砂墊層，然后用薄膜密封砂墊層，用真空泵對砂墊及砂井進行抽氣，使地下水位降低，同時在地下水位作用下加速地基固結。亦即真空預壓是在總壓力不變的條件下，使孔隙水壓力減小、有效應力增加而使土體壓縮和強度增長。

③降水預壓法。

即用水泵抽出地基地下水來降低地下水位，減少孔隙水壓力，使有效應力增大，促進地基加固。降水預壓法特別適用于飽和粉土及飽和細砂地基。

④電滲排水法。

即通過電滲作用可逐漸排出土中水。在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場作用，土中的水從陽極流向陰極，然后將水從陰極排除，而不讓水在陽極附近補充，借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來提高地基承載力或邊坡的穩定性。

目前的實際應用中，降水預壓法和電滲排水法使用得較少。

根據施工條件及各方面因素的成熟度，常州至太倉段高速公路在設計之初亦可考慮運用排水固結法來提高路基強度，防止工程建成后出現因沉降而導致的路面開裂等狀況。

3 結語

高速公路是帶動我國各地經濟均衡快速發展的重要橋梁，隨著城鎮化進程的加快及國家大力發展經濟，高速公路建設在我國每年都成倍增加。而由于我國地緣遼闊，地形地貌和地質結構差異性較大，因此無法將某一套設計方案應用于所有高速公路，文章選取曾獲得第七屆中國土木工程詹天佑獎的常州至太倉段高速公路工程路基設計這個特定的對象，重點分析了該工程所處區域的地質條件，因地制宜地提出了路基設計方案中應該注意的問題。雖然該工程已建成，但針對該區域軟土基的分析以及提出的解決方案能夠為其他類似地質條件的高速公路工程路基設計提供參考，具有一定的理論和實用價值。

文章僅為筆者從業多年來的部分經驗和自己將理論與實踐結合的想法，能夠從理論層面為軟土基區域高速公路路基設計打開一些思路，相信今后在所有高速公路從業人員的共同努力之下將我國高速公路的設計和建設水平提高至國際領先地位。

參考文獻

[1]袁照杰.公路工程中軟土路基設計與處理的探討[J].廣東科技，2012，1.

[2]周應華，繆勝林，楊有輝.關于公路軟土路基設計中幾個問題的探討[J].交通標準化，2007，12.