軟土條件下的公路拓寬工程路基沉降控制技術研究

顧愛兵

(安徽省銅陵市義安區交通運輸局，安徽 銅陵 244000)

1 軟土路基加固控制技術

1.1 翻壓回填加固

對于軟土路基的公路拓寬工程，可以采用翻壓回填的路基加固技術，主要的操作流程在于，挖出路基中不適用的材料、進行孔隙排水、結構回填和路基壓實幾個步驟。

為了保證施工的有效，需要在如下技術點進行沉降控制。

(1)材料挖出過程需要挖到既定的高度，挖除松散軟土，進行基底壓實操作，利用碎石土進行填充，逐層進行路面壓實處理。

(2)開挖作業必需要有足夠的緩沖寬度，作業寬度需要大于路基邊緣1 m，并制作5%橫坡以保證路基穩定。

(3)碎石土中的石頭含量要大于60%，壓實度要大于95%，且每層壓實土層均需要設置2%的縱坡。

(4)壓實作業需要保證碾壓的次數，根據路段測試結果，對碾壓次數進行修正，保證路面的壓實度符合要求。

1.2 水泥攪拌樁加固技術

對于軟土路基可以采用水泥攪拌樁加固技術，該方法可以有效提升軟土路面的承載能力，且施工效率更高，適用深度約為3～10 m范圍。

根據試驗的結果來確定攪拌樁的直徑和樁長，利用軟件模擬設定樁體之間的距離，水灰比設計需要符合加固要求，利用“四噴四攪”的設計方案，可以有效提高提高路基的承載力，避免沉降發生。

1.3 片石墊層方案

片石墊層法同樣可以處理軟土路基沉降問題，其主要技術流程為：放樣、路基排水、清除表土、路基加固、壓實。

為了有效控制路基加固的質量，需要在施工中對于工藝嚴格要求，對于路基中的明水和淤泥等都需要排出趕緊，利用水泵將水抽離，并保證淤泥和軟土等被完全清除。在完全確定路基沒有水的情況下，對其進行填實處理。嚴格控制路基中的軟土摻雜和水含量，避免出現路基彈簧現象。

清除表土的厚度需要根據測試情況來加以確定，保證厚度足夠滿足沉降的要求，片石墊層的厚度同樣需要做好工程測算，利用彎沉值對于拋填情況進行測試，不符合標準的工藝均需要返工處理。

片石墊層上方利用碎石進行覆蓋，碎石的厚度一般約為30 cm，可以采用工程沿線的河沙、碎石、花崗巖等作為覆蓋材料，在保證工程質量的前提下，降低工程成本。在碎石層與片石墊層之間利用土工格柵進行工程加固，并在碎石層上方也利用土工格柵進行加固。土工格柵需要采用橫向鋪設方法，施工質量需要嚴格保證。

2 實驗模擬與實驗分析

2.1 實驗條件

以銅陵的快速干道工程為例，分析路基加固技術對于沉降的影響和作用機理，該路段全長4.83 km，施工期60 d，地形并不完全平整，屬于溝壑縱橫的區域，公路沿線總體的地勢特征為兩側偏低，中間凸起，地表高程約為2.52～16.75 m，高差14.23 m。

整個軟土的分布位置相對平坦，土層的主要構成為粘土、粉土以及淤泥等。一般情況下，該基底并不符合公路路基的要求，需要通過加固技術，使其滿足條件要求。該路段中巖層深度不大，地下水的深度較淺，含量較高，土層結果完整，不含斷裂和不良地質，總體來說該工程的條件較差。

施工方案的選取需要根據不同的地質條件來加以選擇，對于施工路段中，可以采用翻壓回填加固和水泥攪拌樁加固技術，以及片石墊層技術等。

對于軟土埋深不大的位置采用翻壓回填加固技術，將不合適的軟土換填處理。對于埋深較大的位置，利用水泥攪拌樁路基加固方法。

對于路段中淤泥含量高，淤泥層后較深的位置，如果采用回填加固的方法則需要挖出的工程量過大，不利于工期的保證和成本的節省，因此可以采用水泥攪拌樁路基加固方法。

重點分析水泥攪拌樁加固技術對于公路拓寬工程的影響，分析不同攪拌樁參數等對于路基加固的影響，力爭尋找到一個合適的解決方案，為路基沉降的控制尋找答案。

2.2 模擬條件設定

由于軟土路基上面的沉降手動的影響因素角度，需要考慮的因素包括側向形變，路面荷載和其他邊界條件等多個因素，因此采用簡單的數值解析法，很難得到滿意的計算結果，因此可以采用工程計算中常用的有限元法來對其進行求解。

有限元法可以準確的模擬出材料屬性與結構性別等方面的真實結果，對于復雜的邊界條件等均能夠有效反映，因此被廣泛應用于工程模擬。主要采用的軟件為Abaqus。該軟件功能強大，使用簡單，適應性強。

軟件的建模過程根據實際土層的情況加以模擬，路基的土層分為四層，分別為素填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土和粉質黏土。模型路基寬度為36.52 m，路邊坡度為1∶ 1.5，路堤的高度根據實驗條件，設定為4.1 m，路堤分四次填完。

為了保證模型的計算效率，對于部分三維問題的處理，需要將其近似成二維問題，因此在模型建立的過程中做出如下假設：

假設面材料均為線彈性，土層模型均為線彈性模型；假設路基兩側不透水，不發生水平方向的位移；假設模型底層不透水，位置固定，所有土層均為均勻分布。

模型參數的設定中，設定地基與路堤連接處的墊層厚度為0.4 m，彈性模量為45 MPa，泊松比選擇為0.4，透水系數為1.1 m/d。路面、路基等參數參考文獻12。

設定水泥攪拌樁的樁體直徑為0.5 m，樁長為8.5 m，樁與樁之間的距離為1.3 m，彈性模量和泊松比分別為120 MPa和0.2。

2.3 結果與分析

(1)水泥攪拌樁樁體模量的影響

為了分析水泥攪拌樁樁體模量的影響，對其選擇不同的模量值，分析在不同模量狀態下的路基沉降情況。

分別選擇樁體模量的數據分別為50、100、150和200 MPa，其他參數保持不變，從而分析路基沉降的情況，如圖1所示。

圖1 樁體模量對于沉降的影響

圖1中可以看到，對于不同的攪拌樁模量，路基的沉降情況趨勢相同，但是結果表現并不完全一致。路基的沉降情況，隨著攪拌樁模量的增加而減小，并隨著距離路基中心線距離的增大而減小。

模量為最低的50 MPa時，路基沉降最大，為7.054 cm，而模量為200 MPa時，路基的最大沉降為6.031 cm。

從中可以看到，為了有效控制公路拓寬工程中的路基沉降問題，可以在施工過程中，有效控制水泥攪拌樁的模量，模量選擇越大，對于路基沉降的控制效果越好。

(2)攪拌樁樁間距的影響

攪拌樁的位置同樣能夠影響路基的沉降，分析樁間距的影響，選擇四個不同的樁間距，分別為1.0、1.5、2.0和2.5 m。維持模型其他參數不變，分析由于樁間距而造成的路基沉降情況，結果如圖2所示。

圖2 攪拌樁間距對于沉降的影響

圖2中可以看到，隨著樁間距的逐漸增大，路基的沉降逐漸上升，從路基中心至路基邊界出的沉降逐漸下降，可知其趨勢與上一節相同。

樁間距為最小的1.0 m時，路基沉降的最大值為6.452 cm，而樁間距為最大的2.5 m時，路基沉降的最大值為7.065，差距明顯。

從而可知，對于樁間距變化的情況下，路基沉降出現明顯不同。在施工的過程中，控制水泥攪拌樁的樁間距能夠有效影響路基的沉降情況。但是，當原樁間距很小的情況下，進一步縮小間距的效果會逐漸減弱，此時需要考慮采用其他的方法來改善路面沉降情況。

(3)攪拌樁長度對于路基沉降情況的影響

攪拌樁的長度同樣能夠對于路基的沉降情況產生影響，在不改變其他參數的條件下，改變攪拌樁的長度，分別選擇6、9、12和15 m四種攪拌樁長度，其仿真結果如圖3所示。

圖3 攪拌樁長度對沉降的影響

圖3中可以看到，對于不同的攪拌樁長度，盡管沉降的變化趨勢相同，均是隨著距離路基中心的距離增大而減小，但是路基的沉降情況還是出現了明顯的區別。攪拌樁長度越長，路基的沉降越少。對于攪拌樁長度為15 m的情況下，此時路基沉降的最大值為3.835 m。對于攪拌樁長度為最短的6 m情況時，此時路基最大沉降值為7.025 m。

數據分析結果可以看到，增加攪拌樁的長度能夠有效抑制路基出現的沉降情況，效果明顯，但水泥攪拌樁的長度越大，建設成本就會越高，因此在選擇路基沉降控制措施時，需要綜合考慮成本與沉降效果之間的平衡情況。

(4)路堤處的填土速率對于路基沉降的效果影響

為了分析不同的路堤填土速率對于整個公路路基沉降的影響，選擇四種不同的填土速率進行橫向比較，不改變其他的仿真參數，選擇速率分別為1/10、1/15、1/20和1/25(m/d)，其數據對比結果如圖4所示。

圖4 路基填土速率對于路基沉降的影響

圖4中可以看到，隨著填土速率的變化，路基沉降的效果出現很大的差異，隨著填土速率的增多，路基沉降最大值越來越大，填土速率為1 m/10 d時，路基沉降的最大值為6.835 cm，而填土速率為最小的1 m/25 d時，此時路基沉降的最大值下降為6.235 cm。

從而可以說明，對于不同的填土速率，路基沉降還是存在一定的變化，因此在施工過程中，需要控制路堤的填土速率。其主要原因在填土速率越快，路基土體固結的時間越小，從而使得路基沉降會越明顯，反之則會抑制路基沉降情況。但由于工期的限制，也不能無限期的減慢填土速率，因此需要在施工過程中，加以取舍和權衡。

在工程參數和工程成本的權衡之下，在滿足路基沉降基本在工程施工中，快速干道選擇的樁基參數分別為樁基模量為150 MPa，攪拌樁間距1.5 m，攪拌樁長度9 m，填土速率為1 m/15 d，最終路基沉降為5.528 cm，滿足既定工程要求。

3 結 論

針對軟土條件下的公路拓寬工程路基沉降的控制技術，分析了路基沉降的產生原因和加固措施，針對實驗路段，采用水泥攪拌樁加固技術對路基進行加固，分析水泥攪拌樁參數對于沉降結果的影響，從而實驗結果上可以看到，水泥樁的模型、樁與樁之間的間距，樁體的長度等，均會對于路基的沉降造成明顯的影響，因此在路面的控制過程中，需要對參數進行選擇，保證路面沉降的控制效果。路堤的填土速率等依然能夠影響路基沉降，因此也需要在建設工期和沉降控制方面進行權衡，以獲得更好的路基沉降效果，維持路面結構穩定。