陈义兵 盛伟

摘 要：本文以来安至六合高速公路滁州北枢纽范围内宁洛高速双侧拼宽段为依托，解决高速公路在软土地区拓宽项目中出现的各种病害，围绕软基沉降理论值的计算及多种处治措施，包括换采用土垫层法、轻质填料法、预应力混凝土灌桩法、铺土工格栅法、水泥搅拌桩等的具体特点和各自的适用范围展开了分析。结合某高速公路拓宽的实例项目展开研究，检测其新老路基间在采用水泥搅拌桩做出相应处治前后，出现的不均匀沉降情况，并对其处治效果做出客观评价。

关键词：高速公路;路基拓宽;软土地基;处治措施

软土地基的成分较为特殊，其土层主要有松土、有机质、大空隙泥炭以及沙子等。故而其强度通常较小，提供不了多大的承载能力，含水量通常较高，渗透性也不强。这样一来其上方公路可能会出现路基不稳定，大幅度沉降之类问题。而且软土地基处的公路，其路面更加容易开裂，横向坡度不大。应用衔接技术可以对高速公路的改扩建工程质量加以改善，故而需要对其衔接技术的应用实施有效控制，以便于大幅度提升高速公路项目的质量。

1 软基路基的拓宽与沉降计算

1.1 软基处治目的

（1）加宽后的路基会使软基上部的荷载量相应增加，这样一来土体中的附加应力也会随之增加，土层中必然会在竖向产生一个较大的压缩量。而之前的路基在之前已经彻底固结，只会出现极小的沉降变形，因此新老路基间必然会形成沉降差，使地基承载力变小、导致路堤边坡出现失稳现象，路面出现裂缝等病害。（2）公路加宽工程中新老路基结合部位采用的施工技术通常比较复杂，因此质控难度比较大，软基处理时应防止与路堤填筑产生相互干扰。（3）路基拓宽后出现的沉降变形基本上来自软基上的沉降与路堤发生的压缩，故应该从削弱软基变形程度，以及减小路堤填料压缩量，这两个方面予以解决。

1.2 软基沉降

在针对高速公路项目的改扩建工程展开施工时，其软基变形可分为主固结沉降（Sc）、瞬时沉降（Sd）和次固结沉降（Ss）三个不同阶段。对沉降变形进行计算的时候，需要利用分层总和法，瞬时沉降指的是在加载那一瞬间，因孔隙水压力排不出去，土骨架承受不住有效应力而产生的，只出现变形而体积不会被压缩，该沉降量取决于加载速率;软基沉降主要是主固结沉降，当固结时间逐渐增加时，土层内超静孔隙水压会在荷载作用下逐渐消散，孔隙体积随之不断收缩，土骨架逐渐承受更大的应力，从而使土体出现沉降，该沉降量正比于压缩时间;次固结沉降在主固结沉降大致完成后出现，作用在土骨架上的有效应力不再发生变化后，土体变形量会在土体蠕变作用下加大。

2 高速公路拓宽工程中的软基处理

2.1 浅层软基处理

2.1.1 换土垫层法

换填法用于对浅层软基进行处理，其原理是挖除地面以下3 m内的软土层，以水稳性强、强度比较大的碎石、砂、粉煤灰等进行换填处理，并按要求夯实，以强化地基的承载性能，消除地基及其下卧层当中的沉降现象。

2.1.2 土工格栅

在拓宽高速公路时，在软基上铺设土工格栅，可在削弱地基沉降变形程度的同时，强化拓宽后路基的整体稳定性，消除新老路基间出现的差异性沉降。因土工格栅具有凹凸不平的粗糙表面，能与土颗粒充分结合，二者之间的摩擦力和咬合力比较大，不易相互脱离。故而土工格栅的使用会让软基中产生加筋土，使软土路基的抗剪、抗压性能得以强化、减小其可压缩性。当土颗粒受到外力作用时，因土工格栅的压缩弹性模量与土体不同，二者在外力作用下出现的抵抗变形程度也有差异，因此就会出现相对位移。这样一来，土颗粒接触土工格栅的部位就会出现摩擦力与咬合力，土体的抗剪、抗压性能因此而得以强化，土体的变形性能也随之改善。而且，土颗粒相对土工格栅发生位移时，会使纤维由于受拉而产生界面应力，从而阻碍土工格栅发生相对滑动。土工格栅具有相当不错的抗拉性能，可以分担不少原本作用于土体上的外部荷载，故而土体的荷载也会因此而削弱。

2.1.3 轻质填料

轻质材料通常质量较小，公路加宽处以轻质材料予以填筑处理，可减小施加在软基上的荷载，从而削弱土体中产生的附加应力，减小沉降变形程度。路堤所用的轻质填料中，比较常用的有适用于老路沉降尚未结束且对环境不是很敏感路段的石灰与粉煤灰组成的二灰，以及适用于沉降快，对路基震动要求特殊地段的泡沫混凝土。而且，应该采用开挖高0.5 m～1.0 m、坡比1：1～1：2台阶的方式，在轻质材料的填筑路段与其他路基间设置过渡段，以使道路保持整体稳定。

2.2 深层软基处理

2.2.1 预应力混凝土管桩

预应力混凝土管桩是一种刚性桩，通常用于处理软基上荷载比较大，要求严格控制变形量的高路堤路段，或者是桥头与路堤之间的过渡段，其处治深度在12 m～20 m之间。布置时最好设计为正方形，如果场地允许，沉桩时最好采用静压法。

2.2.2 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩通常适用于老路沉降已经结束，且拼宽比较大的软土路段，或者是桥头，其处治深度通常在8 m～20 m之间。结合《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）要求，在处治高速公路改扩建工程中的软土路基时，水泥搅拌桩的桩径应该取在350 mm～500 mm之间，最好布设成梅花形，并在桩顶铺厚度为20 cm的碎石层。

3 软基处治效果的评价

来安至六合高速公路滁州北枢纽范围内宁洛高速拼宽段采用的改造方式为双侧加宽，该实例工程沿线具有较为复杂的地质条件，有多处淤泥质土、淤泥等软土存在，且地下水位较低。本文研究对象的软土厚约8 m，选择以水泥搅拌桩加以处治，以有限元软件FLAC3D5.0分析处治前后的不均匀沉降情况。

3.1 建立计算模型

FLAC3D软件需要基于摩尔-库伦准则对软土路基沉降展开计算，其参数较为简单，实例工程中路基填料18 kN/m3和软土层的容重21 kN/m3、黏聚力24 kPa、内摩擦角26°、泊松比0.28、彈性模量0.3。水泥搅拌桩桩径1 m，桩间距

2.4 m，桩长有10 m三种。抗弯刚度设定为6×104 kPa/m2，轴向刚度设定为2.8×106 kN/m。计算模型的3 824个单元网格尺寸取1 m，划分为三角形，节点2 678个。模型底部采用不透水边界，路堤顶部、边坡坡面设置为自由边界，地基土需要设置水平约束。

3.2 沉降分析

监测点1#设置在老路路基中心;2#设置在新旧位置结合处;3#设置在加宽路基边缘。结合计算结果来看：原有路基中心沉降量最显著，加宽路基外缘的沉降最轻微。因软基的承载能力在处置后有大幅度提升，在采用水泥搅拌桩进行处治前后，软基中1#、2#、3#监测点产生的沉降量全部大幅降低，处治前路基沉降量最大时达到为15.3 cm，处治后最大不过6.4 cm，沉降变形消除了58.2%。足以证明在高速公路项目的拓宽过程中，采用水泥搅拌桩进行软基处理的可行性。

4 结语

本文结合高速公路项目实际拓宽工程，分析软土路基处治的可用措施与处治效果，得结论如下：（1）路基加宽会使软基上部荷载加大，促使土中形成附加应力，并产生明显沉降变形，从而使新老路基间出现沉降不均现象;（2）处治路基加宽的软基时，浅层处治措施有换土垫层法、土工格栅法、轻质填料法等;深层处治措施有水泥搅拌桩法与预应力混凝土管桩法等;（3）采用水泥搅拌桩对软土路基进行处理后，其承载力明显提升。沉降量显著削弱。

参考文献：

[1]李顺兴.高速公路改扩建新旧路基搭接处差异沉降控制措施浅析[J].西部交通科技，2017（9）：19-21.

[2]申来明，张芳.高速公路改扩建新旧路基结合处差异沉降处治措施研究[J].青海交通科技，2016（3）：90-93.