公路软土路基沉降计算加固方法

公路软土路基沉降计算及加固方法的研究摘要：软土路基沉降是路基工程设计、施工关注的重点之一。

常用的软土路基沉降计算方法有两种，目前工程上采用较多的是系数修正法。

软土路基的加固方法按加固机理的不同可大致分为三类：改变路堤的结构形式、人工地基和排水固结。

其中，改变路堤的结构形式包括反压护道、铺设土工合成材料等方法，人工地基包括换土、挤密砂桩等方法，排水固结包括排水法、加载法等。

关键词：软土路基沉降沉降
abstract: soft soil roadbed subgrade design and construction is the focus of the construction. there are two commonly used soft soil subgrade settlement calculation ways, the more used method is the coefficient correction method. soft subgrade reinforcement method according to the different reinforcement mechanisms can be broadly divided into three categories: changes in structure embankment, artificial foundation, and drainage and consolidation. among them, the change in the structure of the embankment conclude the form of back pressure berm, a geosynthetic composite materials and other methods. drainage and consolidation includes consolidation method and loading method.
key words: soft soil roadbed, settlement
中图分类号：[tu196.2] 文献标识码：a 文章编号：
软土是指天然含水量大、压缩性高、承载力低和具有灵敏结构性的一种软塑到流塑状态的粘性土。

软土路基具有抗剪强度低、差异沉降明显、沉降及侧向变形量大、沉降时间长等特点。

1 软土路基的计算方法
目前，软土路基沉降计算主要有两种方法。

一种方法是结合路基沉降规律，将地基固结总沉降分为三部分，分别加以计算。

即：式中：──总沉降；
──瞬时沉降，是土骨架在三个轴向上产生的弹性和塑性变形；
──主固结沉降，是孔隙水被挤出而产生的变形；
──次固结沉降，是孔隙水基本停止挤出后，结合水和颗粒之间的剩余应力调整引起的沉降。

工程上一般采用弹性理论计算瞬时沉降，采用分层总和法计算固结沉降。

另一种计算方法是根据经验对主固结沉降进行修正得到总沉降，即：
式中，──沉降经验修正系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可采用表一的数值。

/mpa
/kpa 2.5 4.0 7.0 15.0 20.0
1.4 1.3 1.0 0.4 0.2
1.1 1.0 0.7 0.4 0.2
表一沉降计算经验系数
表一中：──变形计算深度范围内压缩模量的当量值；
──对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力。

2 软土路基的加固方法
2.1改变路堤的结构形式。

改变路堤的结构形式包括反压护道、铺设土工合成材料等方法。

反压护道法。

为防止地基破坏，在路堤两侧填筑一定高度和宽度的护道起反压作用，确保路堤稳定的一种工程措施。

反压护道法工程成本低，施工简易，不需控制施工的速率，适用于非耕作区。

铺设土工合成材料。

在路堤底部铺设具有较高强度和韧性的土工合成材料，土工合成材料主要是聚酯类高分子材料的化合物，具有耐酸碱、耐腐蚀、抗拉强度高等特点，并且具有较高的强度和韧性，能紧贴地表，抵抗土坡滑动，将上部填土荷载教均匀地分布到地层中。

2.2 人工地基。

在软土路基内将地基土置换成性能良好的土料，或通过设置各种材料制成桩构成复合地基，从而提高地基承载力。

人工地基包括换土、挤密砂桩等方法。

换土法。

以人工、机械或爆破的方法将地基软土挖除，换填强度较高的粘土或砂、砾、卵石等渗水材料。

在软土土层换较薄、上部没有硬壳的情况下，采用换土法可取得良好的加固效果。

而抛石挤淤强迫换土具有不用抽水、不用挖淤和施工简便等优点。

当软土的液性指数较大，水不易抽干时，采取抛石挤淤法可取得较好的加
固效果。

挤密砂桩。

将砂桩打入软土土层，可形成复合地基，在外荷载作用下，由于应力集中效应，应力向砂桩集中，桩周围土层承受的压力减小。

砂桩还能在软土土层中形成排水通道，加快地基固结沉降。

软土路基经过挤密砂桩处理，沉降量可比天然地基减小20％～30％。

碎石桩。

桩身由碎石材料填充，碎石桩与桩间的软土形成复合地基，降低了土体的压缩性。

在外部荷载作用下，地基应力重分布，由于刚度较大，碎石桩承担大部分荷载产生径向变形，周围土体产生抗力约束对碎石桩进行约束。

当土层较厚桩身未穿过软土土层时，复合地基还能起到垫层作用，将荷载扩散使应力分布均匀，从而提高地基的承载力。

此外，若填充材料级配良好，碎石桩能起到排水砂井的作用，进一步提高土体抗剪强度、增强路基承载力。

粉体喷射搅拌法。

通过特别的施工机械，用压缩空气把粉状或粒状的加固材料，与地基土强制搅拌混合并发生化学作用。

加固材料可选择石灰或水泥，由于不使用水，粉体喷射搅拌法施工不对环境产生污染。

2.3 排水固结：
粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比，土层越厚，固结时间越长。

排水固结法是指：在软土地基中设置垂直井或在地表铺设砂垫层，以缩短孔隙水的排水距离，加快土体固结。

排水固结对于提高土体强度和增强地基承载力，效果十分显著，在软土路
基加固中被广泛应用。

排水砂井。

在地基中形成按一定规律排列的孔眼，在孔中灌以中粗砂，形成砂井，砂井顶面铺设厚度不大的砂垫层用以连通砂井，构成完整的地基排水系统。

孔隙水在荷载作用下慢慢排出，孔隙水压力逐渐消散，孔隙体积减小，地基发生固结沉降，地基强度增大。

采用排水砂井加固软土路基时，需合理选择砂井直径，理论上需要的砂井直径往往很小，但实际工程中直径过小难于施工，并且在产生侧向位移时容易上下错断。

因此，砂井直径应满足一定的要求以确保在地基沉降过程中不至于被剪断或被细土粒填充。

加载法。

根据目的的不同，可将加载法分成两种，一种是以超过最后设计荷载为目的，这种加载法叫作超载压重法；另一种以加速地基固结沉降为目的，这种加载法称为预压法。

对于压缩性大、透水性好的软土地基，最适宜采用加载法，而对于压缩性大、透水性差的软土地基，若单独采用加载法则需要相当长的固结沉降时间，对施工期长的工程比较适用，而对施工期较短的工程，则需与其它方法并用以加速固结沉降。

袋装砂井。

普通砂井的施工存在以下问题：砂井很难避免缩颈现象、施工设备笨重，不便在承载力较低的软土路基上施工、造价高昂且材料消耗大。

袋装砂井克服了普通砂井存在的缺点，并具有以下优点：整体性好，不会因地基变形而被切断；袋装砂井的直径小，用砂量少，造价低，且施工时对土层扰动较小；施工设备的较轻，提高了在软土路基上的施工效率。

塑料排水板。

指将预制的带状塑料板用插板竖直插入土中，形成排水通道，使孔隙水沿塑料板的通道逸出，从而加快土体固结。

塑料排水板由芯板和滤膜组成，滤膜一般采用耐磨的涤纶衬布，芯板常采用聚乙烯或聚丙烯塑料加工而成的两面有隔沟槽的板条。

孔隙水由滤膜渗入到沟槽内，最终从地面砂垫层中排出。

与袋装砂井一样，塑料排水板也是一种克服砂井缺点、改善地基排水条件的方法。

砂砾垫层。

在路堤底部的地面上铺设一层砂垫层，在软土层顶面增加一个排水面。

在填土过程中，软土中的孔隙水就可以从砂垫层中排出。

为增强排水效果，垫层材料应选择级配良好的中、粗砂或砂砾，且含泥量不得超过5%。

真空预压法。

在软土地基表面铺设砂垫层，埋设垂直排水管道，用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气形成真空，增加地基的有效应力。

当抽真空时，在地表砂垫层及竖向排水通道内形成负压，土体内部与排水通道、垫层之间形成压力差，土体中的孔隙水在不断由排水通道排出，从而使土体固结，简而言之，其加固机理就是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力。

由于真空预压是在负超静水压力下排水固结，因此属于负压固结。

在施工前，应充分作好准备工作，制定施工技术措施，检验砂袋、薄膜及砂料是否符合技术标准及设计要求。

真空─堆载联合预压法。

该方法是在真空预压法和堆载预压法的基础上发展起来的软土路基加固方法，其加固机理是：通过真空压力（负压）和堆载（正压）使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在不平水压力的作用下通过竖向排水通道逐渐排出，从而使土体产生固结变形。

真空─堆载联合预压法能显著地提高地基承载力并消除工后沉降，适用于地基承载力要求大于80kpa、工后沉降要求较高的工程。

小结：随着我国公路建设的快速发展，越来越多的公路将不可避免地经过软土地区，加强软土路基沉降计算和加固的研究有着重要的现实意义。

本文介绍了目前软土路基沉降的计算方法，系统地对各种软土路基加固方法进行了阐述，可以为工程实践提供合理的参考。

参考文献：
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