软土条件下的公路拓宽工程路基沉降控制技术研究

顾爱兵

(安徽省铜陵市义安区交通运输局，安徽 铜陵 244000)

1 软土路基加固控制技术

1.1 翻压回填加固

对于软土路基的公路拓宽工程，可以采用翻压回填的路基加固技术，主要的操作流程在于，挖出路基中不适用的材料、进行孔隙排水、结构回填和路基压实几个步骤。

为了保证施工的有效，需要在如下技术点进行沉降控制。

(1)材料挖出过程需要挖到既定的高度，挖除松散软土，进行基底压实操作，利用碎石土进行填充，逐层进行路面压实处理。

(2)开挖作业必需要有足够的缓冲宽度，作业宽度需要大于路基边缘1 m，并制作5%横坡以保证路基稳定。

(3)碎石土中的石头含量要大于60%，压实度要大于95%，且每层压实土层均需要设置2%的纵坡。

(4)压实作业需要保证碾压的次数，根据路段测试结果，对碾压次数进行修正，保证路面的压实度符合要求。

1.2 水泥搅拌桩加固技术

对于软土路基可以采用水泥搅拌桩加固技术，该方法可以有效提升软土路面的承载能力，且施工效率更高，适用深度约为3～10 m范围。

根据试验的结果来确定搅拌桩的直径和桩长，利用软件模拟设定桩体之间的距离，水灰比设计需要符合加固要求，利用“四喷四搅”的设计方案，可以有效提高提高路基的承载力，避免沉降发生。

1.3 片石垫层方案

片石垫层法同样可以处理软土路基沉降问题，其主要技术流程为：放样、路基排水、清除表土、路基加固、压实。

为了有效控制路基加固的质量，需要在施工中对于工艺严格要求，对于路基中的明水和淤泥等都需要排出赶紧，利用水泵将水抽离，并保证淤泥和软土等被完全清除。在完全确定路基没有水的情况下，对其进行填实处理。严格控制路基中的软土掺杂和水含量，避免出现路基弹簧现象。

清除表土的厚度需要根据测试情况来加以确定，保证厚度足够满足沉降的要求，片石垫层的厚度同样需要做好工程测算，利用弯沉值对于抛填情况进行测试，不符合标准的工艺均需要返工处理。

片石垫层上方利用碎石进行覆盖，碎石的厚度一般约为30 cm，可以采用工程沿线的河沙、碎石、花岗岩等作为覆盖材料，在保证工程质量的前提下，降低工程成本。在碎石层与片石垫层之间利用土工格栅进行工程加固，并在碎石层上方也利用土工格栅进行加固。土工格栅需要采用横向铺设方法，施工质量需要严格保证。

2 实验模拟与实验分析

2.1 实验条件

以铜陵的快速干道工程为例，分析路基加固技术对于沉降的影响和作用机理，该路段全长4.83 km，施工期60 d，地形并不完全平整，属于沟壑纵横的区域，公路沿线总体的地势特征为两侧偏低，中间凸起，地表高程约为2.52～16.75 m，高差14.23 m。

整个软土的分布位置相对平坦，土层的主要构成为粘土、粉土以及淤泥等。一般情况下，该基底并不符合公路路基的要求，需要通过加固技术，使其满足条件要求。该路段中岩层深度不大，地下水的深度较浅，含量较高，土层结果完整，不含断裂和不良地质，总体来说该工程的条件较差。

施工方案的选取需要根据不同的地质条件来加以选择，对于施工路段中，可以采用翻压回填加固和水泥搅拌桩加固技术，以及片石垫层技术等。

对于软土埋深不大的位置采用翻压回填加固技术，将不合适的软土换填处理。对于埋深较大的位置，利用水泥搅拌桩路基加固方法。

对于路段中淤泥含量高，淤泥层后较深的位置，如果采用回填加固的方法则需要挖出的工程量过大，不利于工期的保证和成本的节省，因此可以采用水泥搅拌桩路基加固方法。

重点分析水泥搅拌桩加固技术对于公路拓宽工程的影响，分析不同搅拌桩参数等对于路基加固的影响，力争寻找到一个合适的解决方案，为路基沉降的控制寻找答案。

2.2 模拟条件设定

由于软土路基上面的沉降手动的影响因素角度，需要考虑的因素包括侧向形变，路面荷载和其他边界条件等多个因素，因此采用简单的数值解析法，很难得到满意的计算结果，因此可以采用工程计算中常用的有限元法来对其进行求解。

有限元法可以准确的模拟出材料属性与结构性别等方面的真实结果，对于复杂的边界条件等均能够有效反映，因此被广泛应用于工程模拟。主要采用的软件为Abaqus。该软件功能强大，使用简单，适应性强。

软件的建模过程根据实际土层的情况加以模拟，路基的土层分为四层，分别为素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土和粉质黏土。模型路基宽度为36.52 m，路边坡度为1∶ 1.5，路堤的高度根据实验条件，设定为4.1 m，路堤分四次填完。

为了保证模型的计算效率，对于部分三维问题的处理，需要将其近似成二维问题，因此在模型建立的过程中做出如下假设：

假设面材料均为线弹性，土层模型均为线弹性模型；假设路基两侧不透水，不发生水平方向的位移；假设模型底层不透水，位置固定，所有土层均为均匀分布。

模型参数的设定中，设定地基与路堤连接处的垫层厚度为0.4 m，弹性模量为45 MPa，泊松比选择为0.4，透水系数为1.1 m/d。路面、路基等参数参考文献12。

设定水泥搅拌桩的桩体直径为0.5 m，桩长为8.5 m，桩与桩之间的距离为1.3 m，弹性模量和泊松比分别为120 MPa和0.2。

2.3 结果与分析

(1)水泥搅拌桩桩体模量的影响

为了分析水泥搅拌桩桩体模量的影响，对其选择不同的模量值，分析在不同模量状态下的路基沉降情况。

分别选择桩体模量的数据分别为50、100、150和200 MPa，其他参数保持不变，从而分析路基沉降的情况，如图1所示。

图1 桩体模量对于沉降的影响

图1中可以看到，对于不同的搅拌桩模量，路基的沉降情况趋势相同，但是结果表现并不完全一致。路基的沉降情况，随着搅拌桩模量的增加而减小，并随着距离路基中心线距离的增大而减小。

模量为最低的50 MPa时，路基沉降最大，为7.054 cm，而模量为200 MPa时，路基的最大沉降为6.031 cm。

从中可以看到，为了有效控制公路拓宽工程中的路基沉降问题，可以在施工过程中，有效控制水泥搅拌桩的模量，模量选择越大，对于路基沉降的控制效果越好。

(2)搅拌桩桩间距的影响

搅拌桩的位置同样能够影响路基的沉降，分析桩间距的影响，选择四个不同的桩间距，分别为1.0、1.5、2.0和2.5 m。维持模型其他参数不变，分析由于桩间距而造成的路基沉降情况，结果如图2所示。

图2 搅拌桩间距对于沉降的影响

图2中可以看到，随着桩间距的逐渐增大，路基的沉降逐渐上升，从路基中心至路基边界出的沉降逐渐下降，可知其趋势与上一节相同。

桩间距为最小的1.0 m时，路基沉降的最大值为6.452 cm，而桩间距为最大的2.5 m时，路基沉降的最大值为7.065，差距明显。

从而可知，对于桩间距变化的情况下，路基沉降出现明显不同。在施工的过程中，控制水泥搅拌桩的桩间距能够有效影响路基的沉降情况。但是，当原桩间距很小的情况下，进一步缩小间距的效果会逐渐减弱，此时需要考虑采用其他的方法来改善路面沉降情况。

(3)搅拌桩长度对于路基沉降情况的影响

搅拌桩的长度同样能够对于路基的沉降情况产生影响，在不改变其他参数的条件下，改变搅拌桩的长度，分别选择6、9、12和15 m四种搅拌桩长度，其仿真结果如图3所示。

图3 搅拌桩长度对沉降的影响

图3中可以看到，对于不同的搅拌桩长度，尽管沉降的变化趋势相同，均是随着距离路基中心的距离增大而减小，但是路基的沉降情况还是出现了明显的区别。搅拌桩长度越长，路基的沉降越少。对于搅拌桩长度为15 m的情况下，此时路基沉降的最大值为3.835 m。对于搅拌桩长度为最短的6 m情况时，此时路基最大沉降值为7.025 m。

数据分析结果可以看到，增加搅拌桩的长度能够有效抑制路基出现的沉降情况，效果明显，但水泥搅拌桩的长度越大，建设成本就会越高，因此在选择路基沉降控制措施时，需要综合考虑成本与沉降效果之间的平衡情况。

(4)路堤处的填土速率对于路基沉降的效果影响

为了分析不同的路堤填土速率对于整个公路路基沉降的影响，选择四种不同的填土速率进行横向比较，不改变其他的仿真参数，选择速率分别为1/10、1/15、1/20和1/25(m/d)，其数据对比结果如图4所示。

图4 路基填土速率对于路基沉降的影响

图4中可以看到，随着填土速率的变化，路基沉降的效果出现很大的差异，随着填土速率的增多，路基沉降最大值越来越大，填土速率为1 m/10 d时，路基沉降的最大值为6.835 cm，而填土速率为最小的1 m/25 d时，此时路基沉降的最大值下降为6.235 cm。

从而可以说明，对于不同的填土速率，路基沉降还是存在一定的变化，因此在施工过程中，需要控制路堤的填土速率。其主要原因在填土速率越快，路基土体固结的时间越小，从而使得路基沉降会越明显，反之则会抑制路基沉降情况。但由于工期的限制，也不能无限期的减慢填土速率，因此需要在施工过程中，加以取舍和权衡。

在工程参数和工程成本的权衡之下，在满足路基沉降基本在工程施工中，快速干道选择的桩基参数分别为桩基模量为150 MPa，搅拌桩间距1.5 m，搅拌桩长度9 m，填土速率为1 m/15 d，最终路基沉降为5.528 cm，满足既定工程要求。

3 结 论

针对软土条件下的公路拓宽工程路基沉降的控制技术，分析了路基沉降的产生原因和加固措施，针对实验路段，采用水泥搅拌桩加固技术对路基进行加固，分析水泥搅拌桩参数对于沉降结果的影响，从而实验结果上可以看到，水泥桩的模型、桩与桩之间的间距，桩体的长度等，均会对于路基的沉降造成明显的影响，因此在路面的控制过程中，需要对参数进行选择，保证路面沉降的控制效果。路堤的填土速率等依然能够影响路基沉降，因此也需要在建设工期和沉降控制方面进行权衡，以获得更好的路基沉降效果，维持路面结构稳定。