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    高速公路软基地段处理及工后沉降预测研究

    时间：2023-02-20 12:10:26来源：百花范文网本文已影响人

    周健

    （中铁第五勘察设计院集团有限公司，江苏常州 213000）

    软基地段作为高速公路工程中的重要组成部分，是施工中的重点地段，对施工质量要求较高[1]。软基地段主要由软土土体组成，如黏土、粉土、松散砂[2]。相对于其他公路地段来说，软基地段的压缩量较高，抗压强度较低，在后续投入使用过程中该地段沉降量较大[3]。造成这一问题的原因在于软土土体中有机物质含量较高。高速公路与普通公路存在较大的差异，主要体现在车辆行驶的速度较快，一旦高速公路软基地段处理不当，就可能引发该地段出现大幅度沉降，造成严重的安全事故[4]。

    基于此，本文对高速公路软基地段做出了全方位的分析，并在此基础上针对其病害特征，提出了一种全新的软基地段处理方法，为提高高速公路运行的安全性与稳定性作出贡献。

    1.1 置换软基地段不良土体

    本文设计的高速公路软基地段处理方法中，首先，结合高速公路的实际运行状况与特征，依据公路设计图纸，明确其中的软基地段位置。其次，在此基础上检测软基地段是否存在病害风险与隐患。一旦软基地段存在病害隐患，则采用换填垫层法，置换其中土质较低的不良土体[5]。

    首先，对存在病害隐患的软基地段进行开挖施工，设定开挖深度，挖出其中的不良土，并将其去除。基于高速公路工程的实际建设需求与运行需求，选取工程特性优良的复合材料[6]。在复合材料选取中，以材料造价、抗压缩性能、抗剪强度为主要选取要求，在保证复合材料使用性能的情况下，减少造价成本[7]。

    其次，将选取后的复合材料，通过回填的方式回填到软基地段开挖位置，利用工程机械进行反复碾压，直至压实为止[8]。碾压结束后，在该地段进行垫层处理。这一步骤的主要目的在于扩散传递软基地段上的应力，有效地提高该地段的承载力，完成软基地段不良土的置换处理。

    1.2 设计反压护道

    基于上述高速公路软基地段不良土置换处理完毕后，接下来设计软基地段反压护道，全方位地提高高速公路路堤的稳定性。

    本文设计的高速公路软基地段反压护道结构，如图1 所示。

    图1 高速公路软基地段反压护道结构

    如图1 所示，首先，明确高速公路软基地段存在病害的路堤位置，结合高速公路宽度的实际情况，在路堤两侧分别设置宽度与高度相同的反压护道，用于固定路堤。在设计反压护道时，综合考虑高速公路路堤填筑的高度，保证其高度小于1.5～2 倍的极限高度。其次，在此基础上采用分开填筑的方式，设计反压护道的高度为现有高速公路路堤填土高度的1/3。通过设计软基地段反压护道，一方面能够避免软基地段出现失稳的情况，另一方面能够提高软基地段结构的稳定性。

    1.3 工后软基地段沉降预测

    在上述高速公路软基地段处理结束后，对该地段进行沉降预测。若预测结果符合高速公路相关要求，则完成软基地段处理；
    若预测结果不符合，则需要再次进行软基地段处理，全面保障软基地段的稳定性与安全性。

    本文设计的沉降预测方法采用双曲线法原理，根据高速公路软基地段填筑高度与填土时间，预测土体沉降值，沉降量的计算公式为：

    式（1）中：H0表示高速公路软基地段初始时刻土体的沉降量；
    t表示任意沉降监测时刻；
    t0表示高速公路软基地段初始监测时刻；
    m、n表示不同的软基地段沉降量待定系数，根据高速公路软基地段现场实测数据进行设定。通过计算，获取软基地段在任意时刻的沉降量，基于沉降量结果与软基地段填筑高度、时间，预测工后软基地段的沉降情况。根据公路路基沉降允许值标准，判断软基地段处理效果。

    针对当前高速公路软基地段稳定性与牢固性较差的问题，本文设计了软基地段处理方法，综合上述内容为本文设计处理技术的整体流程。在此基础上，为了进一步验证本文提出的方法的可行性与实际应用效果，进行如下文所示的实例分析。通过此次实例分析，一方面验证了本文提出处理方法的有效性；
    另一方面对工后高速公路软基地段沉降情况做出合理预测，判定上述设计方法中是否存在不足。

    2.1 工程概况

    选取某地区M 高速公路工程为此次研究的依托。

    M 高速公路工程项目位于平原软土地区，所在区域地形相对平坦。该高速公路采用8 车道的公路标准，公路路基宽度为45m。M 高速公路工程于2012 年9 月建成通车，相关工作人员定期对高速公路各个地段的质量与安全性作出检测，保证高速公路各个地段结构的稳定性与可靠性。在最近一次质量检测中，工作人员发现M 高速公路部分软基地段的稳定性大幅度下降，出现了不同程度的病害问题，降低了软基地段结构的承载能力与抗压强度，存在一定的安全风险与隐患。由于M 高速公路工程软基地段规模较大，传统处理方法无法对各个地段作出精确处理。基于此，将上述本文提出的处理方法应用到M 高速公路工程软基地段处理中，并对工后软基地段的沉降作出预测，进而验证本文提出方法的可行性。施工现场如图2 所示。

    图2 施工现场

    M 高速公路软基地段的地层表面由可塑状粉质黏土、流塑状淤泥质粉质黏土、软塑状粉质黏土共同组成。经过本文整理与统计，获取到该高速公路软基地段软土厚度占比情况，如图3 所示。

    图3 M 高速公路软基地段软土厚度占比

    如图3 所示，根据软度厚度占比情况，对软基地段失稳与不均匀沉降作出分析与预测。

    2.2 结果分析

    按照上述本文设计的软基地段处理方法与流程，对M 高速公路存在失稳与不均匀沉降问题的软基地段进行处理。处理后，在软基地段布设沉降监测仪器。为了提高沉降监测结果的精度与准确率，本文采用型号为ZH-7847 的电感式智能沉降计，其量程超过400mm，敏感度为0.1mm。当软基地段土体发生位移变化时，该监测仪器通过电磁感应原理得到土体位移变化，自动监测与远程传输性能较强。沿高速公路软基地段纵向进行打孔，设置打孔间距为1m，分别在孔内布设6 组沉降监测点，对其进行标号处理，分别标号为GHJCD-01、GHJCD-02、GHJCD-03、GHJCD-04、GHJCD-05、GHJCD-06。为了更加直观地验证本文提出的软基地段处理方法的优势，采用对比分析的方法，将上述本文提出的处理方法与文献[1]提出的基于桩板结构的软基地段处理方法、文献[8]提出的软基地段高填方路基处理方法进行对比。

    三种方法的高速公路软基地段沉降量预测精度比较结果，如表1 所示。

    表1 沉降量预测精度比较结果（%）

    分析表1 中的结果可知，不同监测点的沉降量预测精度的变化均不同，其中本文方法的沉降量预测精度最大值为98.7%，最小值为95.8%，平均值为97.4%；
    文献[1]方法的沉降量预测精度最大值为88.4%，最小值为84.7%，平均值为86.4%；
    文献[8]方法的沉降量预测精度最大值为79.4%，最小值为75.4%，平均值为77.6%。与实验对比方法相比，本文方法的高速公路软基地段沉降量预测精度更高，预测结果更为精准。

    设定沉降监测周期为180 天，采用有限元分析软件，测定6 组软基地段沉降监测点土体沉降量变化，如表2 所示。

    表2 三种处理方法工后软基土体沉降量对比

    根据表2 的工后软基土体沉降量监测结果可知，在三种软基地段处理方法中，本文提出的处理方法应用后其各个软基地段沉降监测点的土体沉降量均小于另外两种处理方法。在180 天的监测周期内，高速公路软基地段土体沉降量均小于等于3.0mm。由此可见，本文提出的处理方法，能够有效地提高高速公路软基地段结构的稳定性与牢固性，改善其存在的病害问题，软基地段土体沉降变化较小，不会对公路产生不利影响，处理方法的可行性较高。

    由于软土的承载能力较弱、压缩性较大，在高速公路软基地段中存在结构稳定性与牢固性较差的缺陷。传统软基地段处理方法在实际应用过程中仍然存在一定的不足，为了改善这一问题，对传统软基地段处理方法作出了优化改进，提出了一种全新的处理技术。通过本文的研究，对于有效提高高速公路软基地段的承载能力与抗压强度，优化软基地段的稳定性，工后沉降概率大幅度下降，对保证行车舒适性、安全性均具有重要研究意义。

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