高速公路軟土地基處治不當，會造成路基路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的沉降變形，進而導(dǎo)致道路整體結(jié)構(gòu)破壞。為了解決軟土地基沉降變形問題，通常采用強夯法、水泥攪拌樁法對軟土地基進行處治。為了準確確定軟基處治效果，布置測點在路基、路面施工過程中進行沉降監(jiān)測，收集數(shù)據(jù)進行分析，作為分析軟基處治效果的主要依據(jù)。

　　1 軟基的沉降機理

　　軟土地基承載能力差、強度低，在外界荷載作用下容易出現(xiàn)較大的壓縮變形。高速公路沿線分布廣，地基地質(zhì)情況變化較大，準確掌握地基土的基本特性難度比較大。在路基填筑施工過程中，在路基填料重量的作用下，會使地基產(chǎn)生進一步的固結(jié)變形，使路基產(chǎn)生沉降變形。地基土的變形包括體積變形和形狀變形兩部分，體積變形時在正應(yīng)力的作用下壓密地基土，使土體體積縮小; 形狀變形是在剪應(yīng)力作用下土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生剪切破壞，使地基土形狀發(fā)生變化，進而使土體產(chǎn)生剪切破壞，地基沉降主要是由于土體體積變形引起的。地基土在外界荷載作用下，會產(chǎn)生壓縮變形，發(fā)生固結(jié)。外界荷載一部分由地基土中的水承擔，從而產(chǎn)生孔隙水壓力; 另一部分荷載由土體骨架結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的有效應(yīng)力承擔。根據(jù)太沙基理論，孔隙水壓力和有效應(yīng)力之和構(gòu)成了地基土的總應(yīng)力。土體在外界荷載作用下，產(chǎn)生沉降變形會經(jīng)歷以下兩個過程: 第一個過程是土體顆粒在外界荷載作用下產(chǎn)生壓縮和側(cè)向膨脹變形，此時壓應(yīng)力沒有超過地基土所能承受的極限壓應(yīng)力，因此土體顆粒的變形量較小; 第二個過程是在壓應(yīng)力超過極限壓應(yīng)力，土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生流體排出，這個過程中土體體積大幅縮小，水分和空氣被排出，進而造成地基產(chǎn)生沉降變形。

　　2 聞合高速軟基沉降監(jiān)測方案

　　2. 1 工程概況聞合高速公路設(shè)計采用雙向四車道，路基設(shè)計寬度 26 mm，路線全長 75. 98 km，設(shè)計車速 100 km/h。該高速公路處于黃土高原干濕過渡區(qū)，夏季濕潤多雨，冬季干旱少雨，降雨主要集中在夏季。該地區(qū)一年中平均氣溫最高月份出現(xiàn)在 7 月，平均氣溫為 23. 8 ℃，平均氣溫最低月份出現(xiàn)在 1 月，平均氣溫為 - 20. 6 ℃。冬季冰凍厚度為 56 cm，冬季干燥少雨，冬歇期間應(yīng)做好防護。該地區(qū)降雨主要集中在 6 月 ～ 9 月，其中 7 月 ～ 8 月降雨量最大，路基施工過程中應(yīng)做好防排水設(shè)計，防止雨水浸泡。路線個別路段穿越軟土地區(qū)，主要為粉土、粉質(zhì)粘土，軟土厚度為 3. 7 m ～ 8. 7 m，軟土區(qū)域地基土含水量高，承載能力差。為提高地基承載力，采用強夯法和水泥攪拌樁處治軟基路段，并制定監(jiān)測方案對路基沉降變形情況進行監(jiān)測，確保路基穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求。

　　2. 2 軟基沉降監(jiān)測方案該項目軟基處治后，進行路基填筑施工，由于施工工期緊張，填筑施工速度快，為了控制路基沉降變形，在路基填筑完成后對軟基沉降情況進行控制。結(jié)合路基填筑高度布置監(jiān)測斷面，在每個斷面布設(shè)沉降板、測桿開展監(jiān)測工作。為了準確確定各路段軟基沉降情況，分別在強夯法和水泥攪拌樁處治路段布置監(jiān)測斷面和觀測點。監(jiān)測斷面間距為 150 m ～ 200 m，在路基與橋梁、涵洞等構(gòu)造物連接處適當加密。沉降監(jiān)測采用電子水準儀、銦鋼尺進行觀測，測量精度必須滿足二等水準測量要求。根據(jù)路基實際情況確定觀測頻率，對一般路段，觀測初期 1 次/( 1 ～ 2) d 或 1 次/3 d，如出現(xiàn)沉降突變增加觀測頻率至 1 次/d，完工后或冬歇期 1 次/14 d。路面施工后 6 個月 1 次/( 10 ～ 15) d，通車運行 0 ～ 3 個月 1 次/月，4 個月 ～ 12 個月 2 次/月。

　　3 軟土地基沉降監(jiān)測結(jié)果分析

　　3. 1 施工中路基中心沉降變形分析為了準確確定路基中心在施工過程中的沉降變形情況，選取有代表性的斷面進行沉降變形分析。在路基填筑過程中，分別在每次填筑完成后進行路基沉降觀測，記錄變形數(shù)據(jù)如表 1 所示，繪制沉降量—填高—時間曲線如圖 1 所示。

　　分析監(jiān)測斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)和變化曲線，在路基填筑施工初期該監(jiān)測斷面路基中心沉降變化速度較快，后期變化速度趨緩。這主要是由于施工期間隨著路基填筑厚度不斷增加，軟基上部荷載不斷增加，在荷載作用下軟基不斷被壓密和固結(jié)。施工初期沉降變形大，瞬時沉降速率高; 在填筑施工后期，軟基固結(jié)變形逐漸下降，沉降速率下降，變形曲線逐步趨于平緩。

　　3. 2 軟基沉降結(jié)果分析為了準確確定軟基沉降變化情況，在路基填筑施工過程中，完工后分別進行監(jiān)測，收集數(shù)據(jù)分析軟基變形情況。項目施工過程中先后布置 60 多個觀測斷面，分別在路基填筑施工階段、完工后和路面施工階段開展沉降監(jiān)測。軟土地基采用強夯法、水泥攪拌樁進行處治，分別在各處治路段選擇監(jiān)測斷面，其中斷面一、斷面二位于強夯處治路段，斷面三、斷面四和斷面五位于水泥攪拌樁處治路段。該施工區(qū)域軟土地質(zhì)主要為粉土和粉質(zhì)黏土，監(jiān)測斷面布置如圖 2 所示。監(jiān)測時間自 2018 年 8 月開始，一直持續(xù)到 2019 年 2 月，監(jiān)測結(jié)果如表 2 所示。

　　3. 3 軟基沉降速率分析分析五個斷面監(jiān)測結(jié)果，各斷面沉降監(jiān)測結(jié)果見表 3，繪制各斷面沉降速率變化曲線詳見圖 3。分析圖 3 曲線變化情況，在監(jiān)測初期，路基沉降變化速度快，且隨著路基荷載的增加，沉降速率迅速增大。這是由于路基施工階段，路基填筑厚度不斷增加，荷載不斷增大，軟土地基在荷載作用下逐漸產(chǎn)生固結(jié)和壓密，加快了沉降速率變化速度。路基填筑完成后，路基沉降速率明顯下降，且隨著時間的增長，沉降速率不斷變小，到路面施工階段路基沉降變形速率接近于 0，遠小于規(guī)范要求的 3 mm/月，說明路基沉降變形已基本趨于穩(wěn)定。

　　4 結(jié)論

　　通過對處治后高速公路軟土地基開展沉降監(jiān)測工作，對路基、路面施工過程中和完工后軟基沉降情況進行分析，得出以下結(jié)論:

　　1) 分析監(jiān)測斷面路基中心沉降監(jiān)測結(jié)果，得出路基填筑施工初期沉降變化速率較快，后期變化速率趨緩，這是由于施工初期軟基壓密和固結(jié)變形大，后期變形小造成的;

　　2) 分析軟土路基沉降監(jiān)測結(jié)果，得出各監(jiān)測斷面最終沉降變形量均小于規(guī)范要求的 300 mm，滿足設(shè)計要求，且強夯法處治的軟基沉降變形較水泥攪拌樁處治路段小;

　　3) 分析路基沉降變形速率曲線，得出施工前期軟基沉降變形速度快，后期逐步趨于穩(wěn)定，且沉降速率小于 3 mm/月，說明沉降變形趨于穩(wěn)定，達到了預(yù)期的處治效果。

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　　《高速公路軟土地基沉降監(jiān)測分析》來源：《山西建筑》，作者：李 培 樂