深厚软土地基上高速公路路基沉降规律及处治技术方案优化

引言：

随着我国高速公路网向沿海、沿江等软土分布区发展，深厚软土地基路基施工困难重重。据统计，软土地区高速公路由于路基沉降导致的路面开裂、桥头跳车等病害发生率为 60% 以上，给高速公路的养护带来沉重负担，也对行车安全造成威胁。目前国内外学者对软土地基沉降进行了大量研究，如使用分层总和法计算沉降量、使用袋装砂井加快排水固结等，但是这些研究大多都是对单一因素对路基沉降的影响，未能对深厚软土地基（厚度 >15m）路基沉降长期规律进行分析，而且目前的传统处治技术工期与加固效果也难以兼顾。因此研究深厚软土地基路基沉降规律、优化处治技术，对保证高速公路工程质量具有重要的现实意义。

1. 深厚软土路基沉降规律研究

软土的物理力学性质是影响沉降的关键要素之一，其含水量、孔隙比、压缩系数等指标发生变动时，会对沉降量造成明显的影响效果。此外，路基填料的种类以及压实程度同样会影响到地基的变形情况，在深厚软土地基之中，填料和地基之间的相互作用变得越发复杂起来。外部施加的荷载大小及分布形式亦不能被忽略不计，车辆荷载、施工机械荷载加上路基自重荷载所产生的叠加效应，无疑会加重沉降现象的发生状况。环境方面的因素诸如地下水位波动、降雨渗透以及温度改变等现象，也有可能会在某种程度上改变软土所处的应力状态，从而进一步影响到沉降规律的表现形式。诸如此类的各种因素之间往往存在着较为复杂的耦合作用，必须借助于某种系统的分析手段来加以探究。

2 传统处治技术存在的问题

目前，深厚软土地基路基常用的处治方法有排水固结法、复合地基法、换填法等，在实际工程中存在以下不足：

（1）排水固结法 : 传统的塑料排水板间距 1. .5m，排水距离长，固结效率低；超载预压需要等待沉降稳定，工期延长 3^～6 个月，卸载后容易产生回弹变形。

（2）复合地基法：水泥土搅拌桩加固深度一般 <20m ，无法穿过深厚的软土层，桩体与软土的界面处容易出现应力集中，造成桩顶沉降过大，复合地基承载能力提高有限，只有1. 5^～2.0 倍。

（3）换填法：换填砂石垫层厚度一般为 1^～3m ，仅对深厚软土起浅层加固作用，深层沉降仍然难以控制；换填量大，土方运输费用增加，且对周围环境造成扰动。

（4）监测与反馈滞后。传统沉降监测主要使用人工测斜仪，监测频率较低(1次/7d)，不能及时发现沉降突变，处治方案调整凭经验，缺少动态调整机制。

3. 处治技术方案综合优化

针对传统软土地基处理技术排水效率低、加固效果差、监测手段少等问题，根据对深厚软土地基沉降变形机理的深入研究，创造性地提出“排水 - 加筋 -胶结 - 监测”四位一体协同优化技术方案，各技术环节相互配合、系统优化，实现软基处理效果整体提升。

3.1 排水系统综合优化设计

针对软土层孔隙水排出慢的问题，采用立体排水网络。竖向排水上先用通水量大、抗压强度高的 SPB 型塑料排水板或者级配好的中粗砂井，按照土层渗透系数不同设置 0.8-1.2m 的合理间距。在水平排水上采用双向土工排水网和级配碎石层结合形成的 0.3-0.5m 厚的水平排水垫层，排水坡度控制在 3%-5%，并引入智能排水监测系统，实时监测排水量和孔隙水压力的变化，动态调整排水方案。排水材料选择高抗拉强度的复合土工排水材料，保证在施工期和运营期都能有稳定的排水效果。

3.2 加筋体系协同优化设计

根据有限元模拟路基受力特性，针对深厚软土地基容易出现的不均匀沉降、侧向变形等问题，形成“底部加强 - 中部过渡 - 上部防护”的多层立体加筋体系。在路基底部 1/3 高度的高应力区，选用抗拉强度 ⩾80kN/m 的双向塑料土工格栅，层间距按软土厚度梯度设置为 0.4-0.6m，提高地基整体抗剪能力；中上部低应力区采用断裂强度≥ 25kN/m 的经编涤纶土工布，层间距放大到 0.8-1.0m，既考虑隔离又考虑加筋。通过大型直剪试验模拟不同工况，找到筋土界面摩擦系数 ⩾0.8 的最优参数组合，施工时用液压张拉设备把预张力控制到设计值 90% 以上，搭接宽度严格把控不低于 0.5m，优先选用蠕变率≤ 3% 的聚酯类材料，以抵御高速公路运营期动荷载反复作用下的长期变形。

3.3 胶结改良精准优化设计

对于 15-30m 深的软土层，采用三重管高压旋喷注浆工艺进行精确改良，注浆材料选用 42.5 级普通硅酸盐水泥和模数 的水玻璃双液体系，经正交试验得出最佳配比：水灰比1.0-1.2、水玻璃掺量3%-5%、外加剂（木质素磺酸钙）0.2%-0. 3% ，注浆参数控制：旋喷提升速度8-12cm/min、旋转速度12-16r/min、注浆压力 20-25MPa。桩体布置采用等边三角形网格，桩径 0.8-1.0m，桩间距 2.0-2.5m，桩长穿透软土层进入持力层 ⩾1 .0m。改良后检测指标：标准贯入击数 ΔN⩾6 击，无侧限抗压强度 q ugtrsim400kPa ，变形模量 E ⩾60MPa. 。经现场载荷试验验证，处理后复合地基承载力特征值可达到 120-150kPa ，工后沉降控制在15cm 以内。

为了保证胶结改良效果能够长期稳定，施工过程中要严格把控注浆质量。采取分段注浆的方式，每一段的注浆长度控制在 0.5-0.8m 左右，并且要设置合适的间歇时间，防止浆液流失，注浆的顺序按照“先外围后内部，间隔跳打”的原则来进行，这样可以降低相邻桩体之间互相干扰的可能性。同时，在注浆时还要对地表变形以及孔隙水压力变化实施监测，及时调节注浆参数。对于局部出现的软弱之处，可以加大复喷次数或者扩大注浆范围。等到施工结束之后，必须要经过至少 28 天的养护期，这个时期要维持地表湿润，这样才能促使水泥水化反应顺利展开。通过钻芯取样检查得知，改良后的土体结构较为致密，浆液与土颗粒之间形成了良好的胶结体，整体比较均匀。

4 结论

通过这次研究可以看出，深厚的软土地基上的高速公路路基在沉降控制上要多管齐下。改进排水系统的规划可加快固结进程、减小沉降水平；加筋体系的协作显著改善了路基整体的稳定性，缩减了不同地方发生不均等下沉的可能；胶结改良技术的运用使土体的力学性质得到加强，保证它能在长时间的使用过程中维持可靠状态。综合利用这些优化手段，既能让工程对沉降控制的要求得以满足，又为施工效率与经济效益带来了极大提升。在今后类似的工程里面，应依据实际的具体地质状况和工程需要，灵活应对各种各样的技术参数，从而得到更为优良的处治成果。

参考文献：

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