沿海公路路基沉降分析與修復措施

宋書昌

（煙臺市公路事業發展中心，山東 煙臺 264000）

一、引言

沿海地區軟土分布廣泛，沿海公路路基多為軟土。由于軟土含水量高、壓縮性高等特點，沿海公路常出現不均勻沉降，此問題成為沿海公路建設必須解決的問題。

鑒于此，本文在分析沿海公路路基沉降行為的基礎上，明確沿海公路路基沉降原因，提出合理的路基沉降修復措施和修復時間，為沿海公路軟土路基設計及養護提供參考。

二、路基沉降行為分析

沿海地區淤泥質軟土分布較多，軟土路基在車輛荷載作用下逐漸沉降，其沉降包括路基土瞬時沉降和固結沉降兩部分。其中軟土路基的瞬時沉降是由于路基土在車輛荷載的瞬時作用下內部孔隙水未及時排出導致的，瞬時沉降下路基總體積不變。軟土路基的固結沉降是由于路基土內部孔隙水排出導致的，固結沉降下路基總體積變小，此為軟土路基的主要沉降類型。此外，在內部孔隙水完全排除后，路基土在持續荷載作用下產生長期沉降。

三、路基沉降原因分析

長期沉降過程中，軟土蠕變特性是其主要原因，其過程包含軟土固結，因此軟土路基的蠕變特性是研究路基沉降的關鍵因素。本文采用固結蠕變試驗研究其蠕變特性，包括一維蠕變試驗和三軸蠕變試驗兩部分。

（一）一維蠕變試驗

一維蠕變試驗采用杠桿式固結儀，通過對土樣施加不同荷載記錄蠕變形變，軟土蠕變形變與加載時間的關系如圖1所示。由圖1可知，每次加載后，軟土土樣均存在變形，且軟土蠕變隨加載時間逐漸減緩，表明土樣蠕變穩定，未發生較為突然的壓縮。

圖1 軟土蠕變形變與加載時間的關系

然而此結果并不能直接表明軟土的蠕變特性，因此采用使用廣泛且誤差較少的陳氏法處理數據，重新得到軟土蠕變形變與加載時間的關系如圖2所示。由圖2可知，總體方面，軟土蠕變與時間關系不變。但就相同加載應力而言，軟土蠕變初始變形量迅速增大，后逐漸趨于穩定。就相同加載時間而言，軟土蠕變隨施加應力增大而增大，當施加50kPa應力時，軟土蠕變僅為1.31%；當施加200kPa應力時，軟土蠕變為3.67%；而當施加400kPa應力時，軟土蠕變最大達到6.56%。

圖2 處理數據后軟土蠕變形變與加載時間的關系

（二）三軸蠕變試驗

三軸蠕變試驗采用三軸流變試驗機，按照試驗要求依次經過負壓抽氣、水中浸泡等步驟制備土樣，在密閉性良好的壓力室內試驗，分別施加50kPa和200kPa兩種圍壓應力，記錄不同應力作用下土樣蠕變形變。軟土蠕變與時間關系仍然不變。與50kPa應力相比，當施加200kPa應力時，軟土土樣蠕變增大，且穩定時間較長。

由上可知，就相同應力而言，應力施加初期，軟土蠕變速度快，隨著施加時間增長，軟土蠕變逐漸放緩，最后基本不變。當施加不同應力時，軟土蠕變速度隨應力增加而減少，當施加50kPa圍壓應力時，軟土蠕變穩定較快，最大應變僅為4.96%；當施加200kPa圍壓應力時，軟土蠕變穩定較慢，最大應變為6.68%。

綜上可知，沿海軟土路基蠕變速率隨應力施加時間延長逐漸減緩，軟土路基蠕變形變隨應力增大逐漸增大。當施加應力較少時，軟土蠕變穩定速度較快，當施加應力較大時，軟土蠕變穩定時間較長。

四、路基沉降修復措施

沿海軟土蠕變引起的土體形變包括土體固結形變，其導致的路基沉降影響道路使用品質。軟土厚度影響路基沉降速度，研究表明，軟土層厚度越大，固結所需時間越長，路基沉降越慢，因此可采用增加軟土厚度修復路基沉降。但在實際施工過程中，軟土厚度對沉降的影響程度值得關注，且何時施工修復也值得研究。

以某現有路基（高度3.8m，上寬25m，下寬35m）為例，軟土路堤厚度為20m和30m，不同厚度軟土沉降量隨時間變化后可知，20m軟土初期出現沉降，最大沉降量達到198.6mm。隨時間延長，軟土沉降量逐漸增大，沉降速度逐漸減慢，此規律與上文規律一致。完工1年后，軟土最大沉降量達315.7mm；完工3年后，軟土最大沉降量達到332.5mm；而完工5年后的沉降量與3年時間點相同，表明20m現有軟土路堤施工3年后，軟土沉降穩定，即可修復。

30m軟土沉降規律與20m軟土相同，但其沉降量和沉降穩定時間不同。完工初期，軟土最大沉降量達320.7mm，較20m軟土增加61.4%；完工1年后，軟土最大沉降量達419.8mm，較20m軟土增加32.9%；完工3年后，軟土最大沉降量達476.7mm，較20m軟土增加43.4%；完工5年后，軟土最大沉降量達489.8mm，較20m軟土增加47.3%；完工10年后的沉降量與5年時相同，表明30m軟土路堤在施工5年后沉降穩定，即5年后修復效果最佳，同時驗證了軟土越厚，沉降所需時間越長的結論。

五、結語

軟土蠕變是沿海公路路基沉降的主要原因，通過一維蠕變試驗和三軸蠕變試驗得知，當加載應力相同時，軟土蠕變初始變形量迅速增大，后逐漸趨于穩定；當加載時間相同時，軟土蠕變隨施加應力增大而增大。當施加400kPa應力時，軟土蠕變最大達到6.56%。當施加200kPa圍壓應力時，軟土蠕變穩定較慢，最大應變為6.68%。

采用增加軟土厚度修復軟土沉降時，不同時間段30m軟土沉降量較20m軟土增加32.9%～61.4%。且20m現有軟土路堤施工3年后，軟土沉降穩定，即3年后修復效果最佳。而30m軟土路堤在施工5年后沉降穩定，即5年后修復效果最佳。