高速公路施工过程中沉降变形的分析

高速公路施工过程中沉降变形的分析

冯超

高速公路的路线都比较长，由于沿线的工程地质条件变化非常大，在修建高速公路时，并不能详细的勘察试验软土地基及认真的处理施工。此外，在软土地基上进行修建高速公路的过程中，会受到频繁通行的施工车辆与机械及不断变化的施工加载的顺序与方式等的影响，从而不能够精确掌握地基的基本特征与先期受压的状态。

1高速公路软土地基沉降变形的机理

通常情况下，在软土地基上修建高速公路时，要有一定高度的路堤，地基内部由于受到路堤的影响，会发生应力与固结变形，而地基沉降的重要原因就是土的这种压缩性[1]。

土体受力后的变形分为两种，即体积变形、形状变形。引起体积变形的原因是正力引，它不会使土体发生破坏，仅压密缩小了土的体积；但引起形状变形的原因是剪应力，如果剪应力的限度超出，就会剪切破坏土体，这时就会继续发生变形。在地基中一般大面积的剪切破坏是不允许出现的。

2高速公路软土地基沉降变形的分析

2.1沉降变形的组成

软土地基沉降有两部分组成，即堤身、地基。从经典土力学的角度来讲，地基沉降有三部分：主固结沉降Se、次固结沉降Ss与瞬时沉降Si，但最终软土路基的沉降量是S=Se+Ss+Si。

主固结沉降是外荷载使超孔隙水压力的水力梯度产生，而从土体中促使水排出，使土体骨架上有了应力增量，最终导致了沉降。在这个环节中，土的渗透性、压缩性与孔隙的压力影响到了水流的速率，水流的速率随着孔隙压力的消失而下降，之后在基本完成孔隙压力的消散后，有效的应力就达到了不变的状态。这段变形就是固结变形，受到时间的影响，体积的变化是其主要的表现，与之相对的沉降就是主固结沉降。次固结沉降是在完成主固结变形后，超静水压力消散，受到有效应力的影响，使土骨架改变而引起的。孔隙水的排出速率对次固结变形大小没有影响，主要是由土骨架自身蠕变的性质所决定。次固结的速率无关于软土的厚度，而是受到孔隙比、有机质的含量等因素的影响。瞬时沉降发生的速度相当快，主要是在荷载的影响下，土未发生体积变化的畸变所导致的。加载的方式与速率直接影响着瞬时沉降。实际上，这三种地基沉降在受力后，是同时开始发生的，只不过基于某个环节有其主要的沉降变形，而且土的性状不同，组成这三个部分的时间与大小也是不一样的[2]。

2.2沉降变形的特点

土的压缩性影响着基础沉降量的大小，容易压缩的土，其有较大的基础沉降量，同时也受到作用到基础上的荷载性质及大小的影响[3]。通常来说，基础沉降随着荷载的大小而发生相应地变化；但是偏心等引起的沉降差较之于中心荷载，要大。沉降不均的地基与差异较高的路堤，造成了路面不同程度的变形。如果路基的沉降超过了特定的范围，会破坏路面的功能与结构，从而达不到设计公路的要求。软土层厚的路段，其沉降比较大，反之，其沉降小，从而在公路上，就产生了纵、横向沉降的不均匀，且影响到了路面排水情况，特别是在桥头的过渡段，这个问题十分严重，汽车根本不能高速行驶。通常使用桩基础或者是扩大基础作为桥梁，其沉降比较小，但与之相连的路堤通常比较高，会引起较大的沉降，在桥头周围会会出现沉降差，桥头跳车情况易发生。

软土的特点是压缩性高、含水量大等，在荷载影响下，软土路基造成的沉降的变形特点为[4]：①沉降量大。因为粘粒与粉粒是软土的重要组成部分，而粘粒的含量又非常高，天然的含水量也比较大，承载力与抗剪强度都较低，因此在荷载的作用下，压缩量变大，随之沉降量也就变大了；②侧向变形大。在受荷初期，来不及排出饱和软土中的水，引起土体侧向挤出，在水被逐渐排出时，土体体积产生收缩，从而使竖向沉降发展更快；③变形时间较长。基于软土自身特性与较大的厚度，孔隙水不消散比较慢，下部软土的排水尤其难，因而固结的时间就比较长，所以，侧向变形与竖向沉降在时间上都比较长。

2.3沉降变形的规律

软土地基的沉降变化主要有四个环节[5]：①发生。刚加载软土地基时，土体有弹性，来不及使其中的孔隙水排出，土体由于发生侧向变形，导致土体的瞬时剪切变形，荷载刚增加时，软土地基有着较大的侧移速率，沉降的增加呈线性状态；②发展。在增加的填土高度、加磊的荷载及时间的延长情况下，逐渐排出了地基土中的孔隙水，而后超静孔隙水压也慢慢消失，土体被压密，导致体积发生变形；③稳定。荷载随着加载的完成而不再增加，孔隙压力越来越小，基本完全消散，还未完全形成固结，随着时间的不断推移，土体的沉降会持续性加大，沉降的速度不断减小，土体固结不断出现；④极限。在达到一定的时间后，沉降处于极限，沉降量也不再继续加大，其速率变为零，地基的最终沉降量就是此时的沉降量。

3结语

从分析软土地基沉降变形的过程中可知，在路堤荷载的影响下，软土地基的内部会有应力与固结变形出现，其原因是，地基沉降是由土的压缩导致的。土体受压后产生的变形，是土体由于出现排水固结引起的变形沉降所致。软土地基主要有主固沉降、次固沉降与瞬时沉降。由于软土的含水量高、抗剪强度低、渗透性差等特性，在荷载的影响下，软土地基导致沉降通常是侧向变形过大、沉降量过大及变形持续的时间过长等。所以在软土地基上进行高速公路修建时，要特别注意软土地基沉降变形的技术分析。

参考文献

[1]姜昌明.高速公路软土路基沉降分析研究[J].科技传播,2010(16):156-158.

[2]李春旭.高速公路软土路基施工探讨[J].科技风,2009(01):136-138.

[3]崔相会,董菁菁,周丽群.高速公路软土路基沉降变形的研究[J].交通标准化,2009(Z1):112-114.

[4]周林.高速公路软土路基工后沉降推算方法的比较[J].山西建筑,2009(05):78-80.

[5]周炳辉.路基沉降变形机理浅析[J].科技信息,2009(17):63-65.