軟土路基沉降預(yù)測與加固技術(shù)研究

應(yīng)會軍

（漯河市郾城區(qū)道路運(yùn)輸管理所，河南 漯河462000）

0 引言

我國軟土多數(shù)分布在沿海地區(qū)、河流和湖泊兩岸等地勢低洼處，根據(jù)軟土強(qiáng)度特征可以分為軟粘土、淤泥質(zhì)土、淤泥、泥炭土和泥炭等幾種類型。解決軟土路基問題是公路工程長期以來的工程難題，目前主要采用軟土路基處理方法主要有兩種，一種是在軟土物理力學(xué)特性上建立本構(gòu)模型，是理論方法；另一種則是根據(jù)實(shí)際觀測的沉降數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)分析得到沉降與時(shí)間的關(guān)系。軟土路基加固方法有路基換填、排水固結(jié)、樁土復(fù)合地基、加筋格柵等，當(dāng)前應(yīng)用的新技術(shù)有碎石樁加固技術(shù)、CFG樁技術(shù)、反壓護(hù)道技術(shù)、軟土路堤穩(wěn)定性分析技術(shù)等。

1 軟土路基施工及沉降檢測技術(shù)

1.1 軟土路基施工過程

碎石樁施工，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測量控制樁點(diǎn)，定出樁的位置，按照標(biāo)記定位打樁機(jī)，樁機(jī)底部要保持水平穩(wěn)定，保證導(dǎo)向架垂直度，施工偏差控制在1%以內(nèi)，過程中要不斷采用重球檢查垂直度，作好記錄。調(diào)整套管與地面的垂直度，振動套管沉入土中后要保證不會傾斜和錯(cuò)位，在堅(jiān)硬土層上要放慢挖孔進(jìn)度，套管沉入后將投料斗插入樁管，向管內(nèi)灌入已經(jīng)計(jì)算確定的碎石，將套管提升到規(guī)定高度，再重新沉入土中，進(jìn)行振動，將排出的碎石擠密，對周圍土也有擠壓作用。當(dāng)碎石料和套管的投料后平齊時(shí)開動電機(jī)，套管原地振動10秒后邊振動邊拔管，拔管速度要均勻，在淤泥質(zhì)土層中，拔管速度要放慢。

路基施工，碎石樁經(jīng)過隱蔽檢測完畢后即可進(jìn)行路基施工，采用水穩(wěn)定好的路堤填筑材料，保證較好的強(qiáng)度，填料的選擇要考慮料源和經(jīng)濟(jì)性，保證填料的各項(xiàng)性質(zhì)滿足要求。提前對基底進(jìn)行處理，例如路基在地下水影響的范圍內(nèi)時(shí)要采取攔截和排除措施，將地下水引向基礎(chǔ)范圍外，然后進(jìn)行填方壓實(shí)。路堤填筑時(shí)要考慮土質(zhì)的不同逐層填筑，并分層壓實(shí)，填筑方法有水平分層方式和縱坡封層方式兩種，碾壓時(shí)要確定壓實(shí)密實(shí)度，首先采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)確定最大干密度和相應(yīng)的最佳含水率。土工格柵鋪設(shè)時(shí)要充分發(fā)揮加筋效果，鋪筑平整，保證聯(lián)結(jié)牢靠。

1.2 沉降檢測技術(shù)

監(jiān)測斷面分為典型監(jiān)測斷面和標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測斷面兩種，標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測斷面為在路基軟土層較薄、軟土性狀較好的路段布置的監(jiān)測點(diǎn)，主要設(shè)施為位移邊樁和沉降板。典型監(jiān)測斷面是在軟土層較厚、軟土性狀差等路基沉降較大的典型部位設(shè)置的監(jiān)測點(diǎn)，典型監(jiān)測斷面監(jiān)測內(nèi)容較為齊全，使用的儀器設(shè)施有測斜儀、沉降板、地下水位計(jì)、孔隙水壓力計(jì)和土壓力盒等。

軟土路基路段的路堤施工過程要對地基變形進(jìn)行觀測，通過對地表沉降量的觀測來調(diào)整填土施工速率，預(yù)測后期沉降趨勢，確定合理的預(yù)壓卸載時(shí)間以及路面施工時(shí)間，地表水平位移量和隆起量的觀測能夠應(yīng)用于路基穩(wěn)定管理，保證路堤施工安全，地下土體分層水平位移量應(yīng)用于路堤穩(wěn)定管理和研究，推算出土體發(fā)生剪切破壞的部位。

測點(diǎn)埋設(shè)方法與要求，位移觀測邊樁要根據(jù)需要在路堤兩側(cè)埋設(shè)，要埋在觀測斷面的同一橫斷面上，埋置深度為地表下1.4m，樁頂漏出地面不大于0.1m。沉降板的底板尺寸要滿足規(guī)范要求，直徑為4cm為宜，底槽保持平整。另外分層沉降標(biāo)、深層沉降標(biāo)、土壓力計(jì)、工作基點(diǎn)樁、土體測斜管等都要根據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來埋設(shè)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

觀測項(xiàng)目的觀測時(shí)間間隔不能超過3天，路基填筑時(shí)每天都要觀測至少一次，路基變形超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要加大觀測密度，對觀測數(shù)據(jù)及時(shí)整理，繪制出變形與時(shí)間的曲線關(guān)系，預(yù)測變形發(fā)展趨勢。

2 路基預(yù)沉降預(yù)測分析

2.1 分層總和法

軟土路基沉降是隨著填土高度和靜載預(yù)壓而增加的，由瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分組成，分層總和法是路基沉降中使用最為普遍的一種方法，假定路基基底的附加應(yīng)力是作用在表面的局部柔性荷載，地基土是彈性半無限體，地基土應(yīng)力分布服從彈性理論中的單獨(dú)應(yīng)力集中情況，地基應(yīng)力分布與土型無關(guān)，外部荷載作用只會影響土體一定厚度范圍的變形，只極端豎向附加應(yīng)力對土層的影響，不計(jì)算土體的側(cè)向變形。另外應(yīng)力路徑法、流變模型法和有限元法也是計(jì)算主固結(jié)沉降的常用理論。

2.2 曲線擬合法

由于土的類型較多，所以其工程性質(zhì)也是復(fù)雜多變，土體壓縮規(guī)律不能用簡單的規(guī)律來描述，所以通過沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)資料來進(jìn)行土體沉降推算是有很大意義的，目前根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行沉降預(yù)測方法有曲線擬合法、灰色理論法、反演分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和遺傳算法等幾種。曲線擬合法進(jìn)行短期沉降預(yù)測能夠得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，但分析時(shí)具有很大的隨意性，最終的預(yù)測結(jié)果必然存在差異性，受到人為因素影響較大。

2.3 灰色系統(tǒng)法

灰色系統(tǒng)法是在時(shí)間和數(shù)據(jù)為坐標(biāo)軸的平面上，將連續(xù)的曲線與時(shí)間坐標(biāo)軸圍合成一定范圍，其基本思路為將隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)列進(jìn)行累加，并將其變成非負(fù)的遞增數(shù)據(jù)列，以此曲線作為預(yù)測模型，來對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測。

這種方法非常適用于動態(tài)預(yù)測，能夠不斷將新的監(jiān)測數(shù)據(jù)補(bǔ)充到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中去，形成新的模型，預(yù)測結(jié)果更為準(zhǔn)確，決定灰色模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是信息參數(shù)，灰色模型具有的性質(zhì)有微分兼容性，結(jié)構(gòu)靈活能夠發(fā)生變化，參數(shù)可不斷調(diào)整。基本特點(diǎn)為所需的數(shù)據(jù)信息較好，不需要清除原始數(shù)據(jù)的分布特性，能夠保證較高的精度。

3 路基加固技術(shù)分析

3.1 路基穩(wěn)定性分析和評價(jià)

路堤變形外在因素主要是水的浸泡，內(nèi)在因素則是高壓縮性土，不排水固結(jié)強(qiáng)度低，容易發(fā)生剪切破壞。填土路基在通常狀況下較容易發(fā)生圓弧形滑動，在持續(xù)暴雨作用下，如果任其發(fā)展，最終會導(dǎo)致路堤的失穩(wěn)，所以為了確保路堤穩(wěn)定，可以采用抗滑樁支擋，在抗滑段進(jìn)行堆載反壓，素填土部分采用旋挖樁加固，加速軟土的排水固結(jié)。

以碎石樁加固和反壓護(hù)道為例，碎石樁能夠形成剛性或半剛性復(fù)合地基，能夠分擔(dān)較大的荷載作用，其松散結(jié)構(gòu)還能作為土體內(nèi)水的滲透途徑，提高固結(jié)作用，適用于深厚軟土地基。當(dāng)路堤地層內(nèi)淤泥土從道路兩側(cè)隆起時(shí)，可以在一定寬度和高度內(nèi)填筑土層作為反壓護(hù)道，增強(qiáng)穩(wěn)定性。

3.2 土工格柵加筋路堤

土拱格柵作為一種常用的加固土體材料，具有非常好的工程性能，抗拉強(qiáng)度均勻、延展性好，具有較好的耐腐蝕性和抗疲勞性，施工方便，其作用機(jī)理為具有一定剛度，能夠使上部荷載擴(kuò)散，提高軟土地基的承載能力，抗拉強(qiáng)度大能夠布置在軟土地基和路基之間，作為加筋路基來增強(qiáng)穩(wěn)定性，將土工格柵和砂墊層作為一層，既能作為柔性基礎(chǔ)，又能加強(qiáng)軟土的排水能力，地基變形均勻，沉降差異小。格柵的網(wǎng)格能夠限制顆粒的橫向移動，土體之間銜接作用好，土體整體抗剪能力強(qiáng)。

3.3碎石樁改善軟土層分析

碎石樁對軟土層的受力和變形具有較好的改善作用，施工時(shí)樁周土體會因受到振沖置換作用產(chǎn)生擠壓，施工完成后軟土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會隨著時(shí)間慢慢增大，土中空隙水會向樁體擴(kuò)散，有效應(yīng)力隨之增加，路基土體強(qiáng)度恢復(fù)提高較快。在碎石樁中增加砂墊層可以產(chǎn)生拱效應(yīng)，拱以下的樁間土應(yīng)力將小于碎石樁頂部土體。砂墊層能夠產(chǎn)生樁土應(yīng)力比，避免應(yīng)力集中于土體，造成剪切破壞。固結(jié)作用，能夠提高良好的排水通道，加速復(fù)合地基的固結(jié)過程。

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