软土路基沉降预测与加固技术研究

应会军

（漯河市郾城区道路运输管理所，河南 漯河462000）

0 引言

我国软土多数分布在沿海地区、河流和湖泊两岸等地势低洼处，根据软土强度特征可以分为软粘土、淤泥质土、淤泥、泥炭土和泥炭等几种类型。解决软土路基问题是公路工程长期以来的工程难题，目前主要采用软土路基处理方法主要有两种，一种是在软土物理力学特性上建立本构模型，是理论方法；另一种则是根据实际观测的沉降数据，经过统计数学分析得到沉降与时间的关系。软土路基加固方法有路基换填、排水固结、桩土复合地基、加筋格栅等，当前应用的新技术有碎石桩加固技术、CFG桩技术、反压护道技术、软土路堤稳定性分析技术等。

1 软土路基施工及沉降检测技术

1.1 软土路基施工过程

碎石桩施工，依据设计图纸测量控制桩点，定出桩的位置，按照标记定位打桩机，桩机底部要保持水平稳定，保证导向架垂直度，施工偏差控制在1%以内，过程中要不断采用重球检查垂直度，作好记录。调整套管与地面的垂直度，振动套管沉入土中后要保证不会倾斜和错位，在坚硬土层上要放慢挖孔进度，套管沉入后将投料斗插入桩管，向管内灌入已经计算确定的碎石，将套管提升到规定高度，再重新沉入土中，进行振动，将排出的碎石挤密，对周围土也有挤压作用。当碎石料和套管的投料后平齐时开动电机，套管原地振动10秒后边振动边拔管，拔管速度要均匀，在淤泥质土层中，拔管速度要放慢。

路基施工，碎石桩经过隐蔽检测完毕后即可进行路基施工，采用水稳定好的路堤填筑材料，保证较好的强度，填料的选择要考虑料源和经济性，保证填料的各项性质满足要求。提前对基底进行处理，例如路基在地下水影响的范围内时要采取拦截和排除措施，将地下水引向基础范围外，然后进行填方压实。路堤填筑时要考虑土质的不同逐层填筑，并分层压实，填筑方法有水平分层方式和纵坡封层方式两种，碾压时要确定压实密实度，首先采用标准击实试验确定最大干密度和相应的最佳含水率。土工格栅铺设时要充分发挥加筋效果，铺筑平整，保证联结牢靠。

1.2 沉降检测技术

监测断面分为典型监测断面和标准监测断面两种，标准监测断面为在路基软土层较薄、软土性状较好的路段布置的监测点，主要设施为位移边桩和沉降板。典型监测断面是在软土层较厚、软土性状差等路基沉降较大的典型部位设置的监测点，典型监测断面监测内容较为齐全，使用的仪器设施有测斜仪、沉降板、地下水位计、孔隙水压力计和土压力盒等。

软土路基路段的路堤施工过程要对地基变形进行观测，通过对地表沉降量的观测来调整填土施工速率，预测后期沉降趋势，确定合理的预压卸载时间以及路面施工时间，地表水平位移量和隆起量的观测能够应用于路基稳定管理，保证路堤施工安全，地下土体分层水平位移量应用于路堤稳定管理和研究，推算出土体发生剪切破坏的部位。

测点埋设方法与要求，位移观测边桩要根据需要在路堤两侧埋设，要埋在观测断面的同一横断面上，埋置深度为地表下1.4m，桩顶漏出地面不大于0.1m。沉降板的底板尺寸要满足规范要求，直径为4cm为宜，底槽保持平整。另外分层沉降标、深层沉降标、土压力计、工作基点桩、土体测斜管等都要根据规范和标准来埋设，保证监测数据的准确性。

观测项目的观测时间间隔不能超过3天，路基填筑时每天都要观测至少一次，路基变形超过相关标准时要加大观测密度，对观测数据及时整理，绘制出变形与时间的曲线关系，预测变形发展趋势。

2 路基预沉降预测分析

2.1 分层总和法

软土路基沉降是随着填土高度和静载预压而增加的，由瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分组成，分层总和法是路基沉降中使用最为普遍的一种方法，假定路基基底的附加应力是作用在表面的局部柔性荷载，地基土是弹性半无限体，地基土应力分布服从弹性理论中的单独应力集中情况，地基应力分布与土型无关，外部荷载作用只会影响土体一定厚度范围的变形，只极端竖向附加应力对土层的影响，不计算土体的侧向变形。另外应力路径法、流变模型法和有限元法也是计算主固结沉降的常用理论。

2.2 曲线拟合法

由于土的类型较多，所以其工程性质也是复杂多变，土体压缩规律不能用简单的规律来描述，所以通过沉降监测数据资料来进行土体沉降推算是有很大意义的，目前根据实测数据进行沉降预测方法有曲线拟合法、灰色理论法、反演分析法、神经网络法和遗传算法等几种。曲线拟合法进行短期沉降预测能够得到较为准确的结果，但分析时具有很大的随意性，最终的预测结果必然存在差异性，受到人为因素影响较大。

2.3 灰色系统法

灰色系统法是在时间和数据为坐标轴的平面上，将连续的曲线与时间坐标轴围合成一定范围，其基本思路为将随时间变化的数据列进行累加，并将其变成非负的递增数据列，以此曲线作为预测模型，来对系统进行预测。

这种方法非常适用于动态预测，能够不断将新的监测数据补充到基础数据中去，形成新的模型，预测结果更为准确，决定灰色模型准确性的关键是信息参数，灰色模型具有的性质有微分兼容性，结构灵活能够发生变化，参数可不断调整。基本特点为所需的数据信息较好，不需要清除原始数据的分布特性，能够保证较高的精度。

3 路基加固技术分析

3.1 路基稳定性分析和评价

路堤变形外在因素主要是水的浸泡，内在因素则是高压缩性土，不排水固结强度低，容易发生剪切破坏。填土路基在通常状况下较容易发生圆弧形滑动，在持续暴雨作用下，如果任其发展，最终会导致路堤的失稳，所以为了确保路堤稳定，可以采用抗滑桩支挡，在抗滑段进行堆载反压，素填土部分采用旋挖桩加固，加速软土的排水固结。

以碎石桩加固和反压护道为例，碎石桩能够形成刚性或半刚性复合地基，能够分担较大的荷载作用，其松散结构还能作为土体内水的渗透途径，提高固结作用，适用于深厚软土地基。当路堤地层内淤泥土从道路两侧隆起时，可以在一定宽度和高度内填筑土层作为反压护道，增强稳定性。

3.2 土工格栅加筋路堤

土拱格栅作为一种常用的加固土体材料，具有非常好的工程性能，抗拉强度均匀、延展性好，具有较好的耐腐蚀性和抗疲劳性，施工方便，其作用机理为具有一定刚度，能够使上部荷载扩散，提高软土地基的承载能力，抗拉强度大能够布置在软土地基和路基之间，作为加筋路基来增强稳定性，将土工格栅和砂垫层作为一层，既能作为柔性基础，又能加强软土的排水能力，地基变形均匀，沉降差异小。格栅的网格能够限制颗粒的横向移动，土体之间衔接作用好，土体整体抗剪能力强。

3.3碎石桩改善软土层分析

碎石桩对软土层的受力和变形具有较好的改善作用，施工时桩周土体会因受到振冲置换作用产生挤压，施工完成后软土结构强度会随着时间慢慢增大，土中空隙水会向桩体扩散，有效应力随之增加，路基土体强度恢复提高较快。在碎石桩中增加砂垫层可以产生拱效应，拱以下的桩间土应力将小于碎石桩顶部土体。砂垫层能够产生桩土应力比，避免应力集中于土体，造成剪切破坏。固结作用，能够提高良好的排水通道，加速复合地基的固结过程。

［1］经绯，刘松玉，邵光辉.软土地基上路堤沉降变形特征分析[J].岩土工程学报，2001，23（6）：728-730.

［2］杨涛.柔性基础下复合地基下卧层沉降特性的数值分析[J].岩土力学，2003，24（1）：53-56.

［3］李军伟.考虑侧向变形的地基沉降计算及沉降预测[D].长安大学：地质工程，2003.

［4］熊朝辉.土工格栅处理软土地基的设计、施工与检测[J].公路与汽运，2002，5：23-25.