高速公路软土路基监测及处理方法

高速公路软土路基监测及处理方法研究摘要：高速公路软土路基对其影响极大，若不加处理或处理不当，会对高速公路质量产生严重影响，通过对软土路基监测目标及原则的分析，提出了在高速公路建设工程中对软土路基的处理方法，对工程实践具有指导意义。关键词：高速公路；软土路基；监测；处理软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。随着我国经济的发展，国家加大了对交通基础设施的投入力度，目前已建成和正在修建大量高速公路。对于河网发育的地区，软土分布广且厚，软土路基对高速公路的危害主要表现在两个方面：一是强度和稳定问题，当软土路基的抗剪强度不够承受路堤及路面外的荷载时，软土路基就会产生局部或整体的剪切破坏，从而造成路堤塌方、失稳及桥台破坏；其次是沉降变形问题，当软土路基在上部及外部荷载的作用下产生的沉降变形过大时会影响道路正常使用，尤其是当不均匀沉降过大时，容易造成路面开裂破坏和结构物与路堤衔接处差异沉降，进而引起路面损坏。因此，在软土分布地区修建高速公路遇到的棘手问题便是如何处理这些复杂的软土路基。1软土路基监测目标及原则1.1软土路基监测目标在高速公路的修建过程中，沉降和稳定性监测能保证高速公路路基的稳定，一般情况下，路基的沉降和稳定性还难以进行准确的理论计算，需要通过监测获得数据再进行合理计算和推测，软土路基监测的目标表现如下：观测路基填筑和运营过程中地基土的固结程度、垂直位移和水平位移的变化；为进行地基处理效果评价、是否进行路基预抛高和设置过渡性路面提供决策依据；防止出现因设计和施工不完善或其他外在因素而引起工程事故。1.2软土路基监测设计原则将监测点设置在容易反馈观测数据并且不与施工相冲突的部位，根据设计的要求，还要根据施工中掌握的地质和地形等资料进行增设。对于地基条件差、地形变化大的区域，尤其是在涵洞、桥头路段，每个设计方案处理区域部位均设置监测点；而对于沿河、临空面大等特殊部位，桥头纵向坡脚、填挖交界的填方段则酌情设置监测点。监测点数的确定应根据实际情况而定，从满足监测需要和施工便利性角度出发，除了要避免因点数过多导致费用过大，还要防止因点数太少而难以反映全线路基的实际情况。在地质变化和填土高度过渡变化大的区域可适当增加监测断面。在填土高度超过4m、沿河及临河等临空面大的地段进行深层水平位移的观测。在路堤稳定因出现异常情况而可能导致失稳时，应停止加载并果断采取处理措施，等路基监测数据恢复稳定且确定无问题时才可继续后续工作。1.3监测设计内容监测设计项目内容包括变形监测、应力监测及其他辅助监测，但最重要的是监测地表竖向和深层土体侧向的位移。实际应用中根据所采用的软基处理方案、填土高度和地形地质条件按经济实用的原则来综合考虑监测项目。2高速公路软土路基处理方法2.1高压喷射注浆法这是一种从日本引进的将化学注浆技术结合高压射流切割技术发展起来的加固松软土体的应用技术。实质是将带有特殊喷嘴的注浆管通过钻孔置入到处理土层的预定深度，将浆液高压喷出冲切土体，同时钻杆以一定的速度旋转提升，使土粒与水泥浆混合凝固，形成一个均匀的水泥土圆柱体，以达到加固地基和止水防渗的目的。加固后可用于提高地基的承载能力，减小沉降，防止砂土液化、管涌和基坑隆起，建成防渗帷幕，适用于处理淤泥、淤泥质粘土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土等地基。2.2冻结法该方法是利用液态氮或二氧化碳膨胀，或使冷却液在相连接的普通机械制冷设备和封闭式液压系统内流动，从而使得软而湿的土冻结，以此提高土的强度，降低土的压缩性。对于开挖深度大于7~8m且低于地下水位的情况，这是一种普遍而有效的施工处理方法。2.3压密注浆碎石桩处理法这种软土路基处理方法是根据现场实际工程地质概况，并经过计算分析和试验证明实现的。通过在被加固场地桩位成孔并投碎石，通过桩中的碎石桩体进行低压注浆，待浆液初凝后，通过预埋的注浆管对桩周土体和碎石桩体再进行中高压注浆，通过这一操作，使得桩体及周围土体变得更密实，由此形成不仅满足高速公路安全需求，也不会对原有路堤造成破坏的地基。2.4复合地基处理法复合地基处理主要包括粉喷桩、旋喷桩和碎石桩等。施工条件良好时，利用这种方法在对结构物的开挖过程中可以起到支护作用；在对桥头附近路基的处理中，它能提高桥背土体填筑速度、减小工后沉降等。虽然利用这种方法处理软土路基有优点，但也存在不足，一是处理单价较高，如采用粉喷桩设计对软土层厚的高填土路堤进行处理，每平方米单价是压密注浆方法的2~3倍；采用旋喷桩处理单价则更高，大约为3~4倍。另一方面是难以控制质量，存在众多先天质量问题。2.5堆载预压法这种方法对软土路基的加固效果稳定且有效，易操作且经济，但施工工期较长，效率不高，经过改进成效仍不显著，如采用薄层轮加法填筑路堤仍需很长时间。如在京珠高速公路某软基路段，仅根据地质条件和稳定性控制标准很难达到设计安全标准要求，这将严重影响投资者的经济社会效益。3实例分析某高速公路沿线分布大量明浜和鱼塘，水系发育，河网密布，沿线地貌为滨海平原相沉积，主要分布土性为黏土与粉土，局部路段为古河道沉积区。经过对路堤的沉降分析和稳定计算，由计算结果知路基宽、软土土质差且厚，地基沉降大，需采取措施进行处理，桥头软基则用粉煤灰进行填筑能减少沉降。比选各种软基处理方案，确定处理设计方案，见表1。表1软土路基处理方案选用桩径为400mm，长18~30m，间距为2.5m的钢筋混凝土路堤桩，桩帽尺寸为1.5m，上面先设置40cm的碎石垫层，再设两层高强度钢塑土工格栅。双向水泥土搅拌桩的桩径为700mm，扩大头的直径为1000mm，长为10~20m，间距为1.8~2.2m。在软基处理段范围内使用粉煤灰轻质路堤，通过减小路基的附加应力达到减少总沉降的目的。完成路堤桩处理计算后再进行监测，保证软基的处理质量。4结语软土路基因其工程特性而对高速公路危害极大，如果不加处理或者处理不当，会因为路基的沉降变形而使得高速公路的路面出现开裂、塌方和桥头跳车等病害，因此，应该根据具体的情况对软土路基进行合理有效的处理。软土路基处理的目的即通过增强地基的承载能力和强度来减少沉降量。对于不同的地区及其地质条件，选取适合的软土路基处理对路基进行处理，同时加强数据监测，保证后续工程的顺利进行。参考文献：[1]吕业锋.软土路基的监测设计与分析[j].交通科技，2006，2：62~65.[2]冯悦，姜志强.浅谈高速公路软土路基处理方法[j].工业技术，2010，27：114.[3]张同伟.高速公路软土路基的特点及处理方法探讨[j].现代商贸工业，2008，7：344~345.注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。