高速公路橋梁軟土路基的設計

陳壽忠

【摘要】高速公路與橋梁軟土路基路堤的問題是路橋設計與施工的重要組成部分。軟土不同于正常土質的土體，它土質松軟，具有很差的抗震能力和很好的壓縮性，通常這種土質的土壤被稱為軟土或軟弱土。而在修筑高速公路與橋梁時，當路基中的持力層以軟土為主要結構時，這種路基就被稱為軟基路堤。軟基是造成沉降與坍塌的主要原因，不管是高速公路還是橋梁的施工，都必須進行相關的臺背填土等處理。

【關鍵詞】高速公路橋梁；軟土路基；設計

一、軟土層物理性質

軟土土層通常屬于固結土或微超固結土，但部分軟土土層因為新近沉積，所以也是欠固結土；軟土土層由于其承載力水平不高，加之強度上升極緩慢，所以在增加負荷后容易發(fā)生不均勻的變形。常用的軟土地基的處理手段有預壓處理法、置換處理法及攪拌處理法等等。

二、軟土路基是造成沉降與坍塌的主要原因

不管是高速公路還是橋梁的施工，都必須進行相關的臺背填土等處理。而路基的壓實度主要依賴于施工經驗、施工機械、施工順序和施工選材等，受上述原因影響，以及軟基勘測的綜合評估無法滿足使用要求和達到設計標準，都會導致高速公路與橋梁軟土路基的沉降和坍塌現象發(fā)生。特別是處于試運行階段的高速公路，極有可能受車流量大、車輛超載及自然因素等影響，對路基塑性造成由淺到深的變形，從而發(fā)生沉降或坍塌。

地基沉降容易導致橋梁發(fā)生事故，而導致事故發(fā)生的原因還與橋梁的設計及施工有著直接的關系。究其原因，地質勘測深度不達標、鉆孔數量分布不均及相關數據的準確度存疑（深度、范圍、物理力學及有可能發(fā)生的微化學反應的計算等）；對橋梁地基的計算所采用的處理方法無法達到實際需求，造成路基無法滿足設定目標，而帶有侵蝕作用的雨水長期影響，強度降低甚至填土嚴重流失；高填方路段是橋頭引道路堤的一部分，橋頭路堤與橋涵結構之間沉降量落差較大，容易導致搭板長度不足的問題，進而導致順接作用無法實現等，都是導致橋梁發(fā)生事故的原因。

三、以具體工程實例分析高速公路橋梁軟土路基的設計

1.工程概況

本工程是某沿江公路路改造工程，設計全長71.10km，雙向四車道，最高行車速度是100km/h。路基的寬度設計數值是24.5m。順其建設沿線，四周均是埋深厚且分布特別廣的軟土土層，軟土層的最深處達到了地下40米。軟弱下臥層是由砂性土與礫石共同組成，在公路地基的一些路段邊設計有高邊坡，具體見表1。

表1填方路堤邊坡坡率

邊坡坡率（寬：高） 填方高度/m

上部8m為1：1.5 下部為1：1.75 在8m處設平臺 >12

上部8m為1：1.5 下部為1：1.75 8～12

1：1.5 0～8

2.設計原理

軟土地基設計、處理通常采用如下兩種方法：第一種是改進軟土地基的土壤結構比例。使經過處理的軟土地基可以盡量和外界的新附加荷載、新水文等環(huán)境變化彼此適應。土壤壓實軟土地基、土壤置換軟土地基、強夯軟土地基、堆載預壓軟土地基，建有不同的排水措施（包括為軟土地基設計截水溝、縱橫兩個方向的盲溝等）均是為了修正土壤比例，降低軟土地基土壤中的空氣所占何種及水分所占體積，進而提升土壤顆粒成份；第二種，選用軟土地基固化手段以提升地基的抗變形力及擠壓力。通常是用水泥或是石灰一類的原料，來改變土壤結構強度，增加其抗變形能力征。通常的方法有軟土地基水泥攪拌樁，軟土地基水泥粉噴樁等等。

3.地基極限高度分析

該路段建設沿線的軟土土層范圍內路堤對應的極限高度是2m～5m軟基地處山間的低洼地帶及湖岸沿線。軟土土層主要含有淤泥質粘土與淤泥質粗砂兩種成分組成。這些淤泥質粘土與淤泥質粗砂的物理性質不高，無法建設成持力層，其厚度通常在15m上下。軟質土層主要位于公路的如下地點：

表2軟質土層地點及厚度

軟質土層地點

地點 軟基厚度

K22+940～K24+180 2m～13 m

K25+340～K25+800 1.3m～3.8m

K26+200～K33+500 5m～20m

K47+300～K48+000 3m～8m

K59+800～K62+200 4.2m～15m

K64+100～K64+800 6m～10m

K66+500～K67+100 3m～8m

如上表所列這些地點的軟土層相對厚的地方的軟土地基路堤極限高度為：

HE=5.52×（CK/γ）

其中公式中的γ為填土的重度，單位是㎏/m?；Ck為軟土的粘聚力，單位是Kpa，E為極限高度。

均質薄層軟土地基路堤極限高度為HG= （CK/γ）×NS

其中公式中的γ為填土的重度，單位是㎏/m?；CK為軟土的粘聚力，單位是Kpa，HG極限高度，NS為穩(wěn)定因素。

對于軟土層如果其性質分布不均勻，則用上面的兩個公式無法準確計算出，會產生誤差。如現場條件足夠的話，可以通過進行筑堤試驗以最后得出路堤極限高度。對于軟土上面覆有堅硬層的軟土路基謀算其路堤極限高度，并且當覆蓋的堅硬層厚度超過1.5m的時候，要考慮應力擴散對其產生的影響，用如下公式計算：

He=0.5×H+（CK/γ）×NS

式中H為覆蓋層厚度，單位是m。

4.軟土路基具體設計

超高、標高以及路拱橫坡的設計要點。第一，經過測量，若路線平曲線的直徑在11000m以內時，需要將超高設置于曲線上方，而軟土路基呈整體時，超高的過渡需要在緩和曲線中設置，且需繞開路基中部分隔帶，于外側邊沿旋轉；若軟土路基呈分離時，超高的過渡，同樣在緩和曲線中設置，且在設計中需注意超高的位置，避開行車道中心線，進而在中部旋轉；第二，若路基為整體式，那么在設計中需注意其標高，應將高度定在中心線外1m處（位于中部分隔帶邊沿），針對分離路基而言，設計時應確保其標高與自行車道中心線相同；第三，若路段較為正常，那么行車道和路肩應設計為路拱橫坡（2%），在設計土路標高時，其肩橫坡應保持在4%。

結 語

綜上所述，高速公路橋梁軟土路基的設計與處理作為公路開發(fā)、建設中的重要課題，也是做好工程施工的基礎。通過研究軟土路基的設計原理，提出了具體設計方案，例如超高、標高以及路拱橫坡的設計，軟土路基排水系統設計要點，也探討了針對在充分了解高速公路橋梁沿線軟土路基的特點后選用適當的設計處理方案，提升設計處理效率。

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