高速公路軟土路基的處理方法分析
摘要：隨著我國綜合國力的快速提升，國家加大了對公路基礎建設和擴建加寬工程的實施。針對高速公路軟路基經常出現問題，施工部門進行了多種形式的研究和試驗。文章從軟土路基的修建過程進行探討，對其計算方法和處理方式展開具體分析。
關鍵詞：高速公路；軟土路基；處理方法；分析
軟土從結構上是淤泥和偏向淤泥土質的總稱，具備天然含水量和壓縮性高的特點，在未加工時對交通車輛承載的能力較低。軟土土壤內含有的淤泥和腐殖生物都較多，因此比較正常的高速公路路基該土壤狀況出現的路基的沉降問題較多，一旦處理不當路基可能出現過量沉降和穩定性不足，影響公路的質量和竣工後公路的運營狀況。我國的土壤形態多變，因此處理軟土造成的公路修建問題是自古以來的難題。由於土質的引數較為複雜，很多針對傳統土壤的計算模式和模型處理都有其自身的侷限性，產生較大的資料誤差。
1.影響路基處理方法的軟土工程特性
軟土根據成分不同也有很多不同的分類，在含水量是在百分之三十到百分之百不等，因此在形態上很多軟土都出現流體的狀況。軟土的孔隙在一到二之間，導致了土壤的壓縮性比其他土質大大增強。雖然軟土的孔隙較大，但是在垂直水平的滲透係數卻比普通土壤小很多。軟土中的成分通常很複雜，包括粉土、腐殖生物、細沙等成分都會影響軟土的滲透性和固結程度，即使在實驗中用壓力載荷的方式做出促進還是不能提升軟土的固結效果。軟土的壓縮性質與其中含有的天然水的含量是成正比的，還與土壤的形成過程有關係。壓縮能力太高會直接影響路基的沉降速度，形成建成公路的變形和不穩定。經過大量的實驗證明，進行軟土的不排水實驗時，軟土的'抗剪程度很小，而在排水的情況下，抗剪能力也隨之增大。根據荷載能力推斷，當荷載能力降低軟土的排水能力時，就會減小土壤的抗剪能力，對土壤的強度也造成影響。軟土的觸變性也是影響路基打樁過程不穩定的原因，如果是一次性打樁會比較容易完成，但是分階段打樁的話很容易讓土壤結構發生膠體系統的變化，形成新的結構模式影響接下來的打樁過程。軟土由於不同位置的流動性也影響了土質的不均衡性，不僅影響土體系數的測量，還無法控制施工過程中的材質沉降。
2.高速公路軟土路基的沉降計算分析
2.1分層合力公式法
公式法是從經典土力學的基礎上加以引申的，是基於假設軟土為直線變形體，只能在一定程度的氛圍內發生變化，並將壓縮後的土壤進行分層，求出每一層應力的數值推斷變形量最後得出沉降量的過程。分層方法的主要假設過程在計算土壤中的產生應力的路基是均勻材質，且同性質各向的半無限體；其次軟土在進行壓縮時沒有除垂直方向以外的膨脹形式，計算時從側面獲取路基被壓縮後的技術指標；最後應當從土壤打地基的中心點附近來計算工程可能產生的變形量。從一維的角度對軟土固結理論進行計算，是對土壤進行不發生側向變形的假設才能完成的，因此經過分層法計算出來的與實際多種方向發生形變的實際值還有很大不同。由於分層法得出的結論僅適應軟土土質較好的情況，而對於需要進行二維分析的平面資料則會產生很大計算結果出入。分層法沒有從軟土的流體性進行分析，也沒有能力計算出有流動性產生的隨機沉降量，因此得出的資料會較真實結果有一定偏差。
2.2有限元分析法
有限元的方式是將整個路基部分當成一個系統來進行細緻的網格劃分，從而形成離散式的建築工程體系，完成荷載作用之下的任何階段路基的應力和位移。路基垂直位移是形成路基沉降的主要原因，因此這種方式需要對土壤的線性彈性和粘塑彈性進行分析，從可以測得的資料中獲取變形對沉降量產生的具體影響。在現代工程中使用較多的彈性模型是鄧肯長雙曲線模型，由於有限元的方式可以得出側面應力產生的沉降量，因此該模型可以從二維乃至三維的角度對實驗進行分析。該模型可以新增的變數多種多樣，不僅有軟土發雜多變的邊界條件、土體荷載產生的應力和非線性特徵、土壤環境歷史原因以及水和骨架互相作用產生的禍合效應等等。用計算機進行資料分析，並將土壤逐層酌量的疊加，看出沉降、位移、應力之間的變化和關係，得出計算需要的結論和規律。
3.高速公路軟土路基的處理方法分析
3.1墊層換填法
在路基工程區域軟土層並不是很厚的情況下，可以將軟土屬性的部分挖去，並填充以強度較大的土壤進行替換。這種方式最經濟的厚度是在兩米到三米之間，若是軟土厚度太大在進行替換就會形成較大的工程成本，影響工程運營效率。換填法的原理是將高強度的土壤替換原本路基區域的軟土，形成增加路基荷載力的目的，加固的方式有拋石擠淤、換填墊層、強夯擠淤等，墊層的材質也有很多中，包括砂礫、碎石、幹渣、煤灰等等，其中較為常用的有砂礫墊層方式和拋石擠淤方式兩種。砂礫墊層是將路基的基地和填土部分進行排水面的設定，讓路基在的填土層進行荷載的同時從排水孔中排出，提高土壤的固結速率的同時加強路基的使用承載力，降低可能出現的沉降量，實現路基穩定性和防止區域性變形。該方式比較適用於軟土層不厚和雨季需要排水環境的施工過程。拋石擠淤的方式則是透過在路基中心到邊緣的拋石，擠出軟土中原本的淤泥達到加強路基固結的方式，這種方式針對軟土位置不好掌握和厚度較大的工程有很好的效果。
3.2深層加固法
使用夯實、爆破等擠壓土壤的方式可以達到加深土壤密度和抗剪強度的效果，而這種對軟土密度加強和加固的方式稱為深層加固法。該方式適用於土壤情況有大於三米軟土的路基加固工程，根據具體施工環境，可以加固的拓展空間可以達到三十米左右。深層加固法分為強夯法、土樁法、爆破法、碎石樁法等等，其中具有代表性質的有強夯法。強夯法是讓軟土在強烈的衝擊下受到壓力和衝擊波的影響，形成區域內的土體壓縮現象，衝擊點範圍一定深度要形成良好的排水區，讓壓力排除的水順利排除，讓土體在壓力的情況下迅速固結。一般軟土工程經過強夯法的處理之後可提高自身承載力的四倍，壓縮性也可以降低百分之二百到一千左右。該方式的處理條件和使用工程範圍較廣，但是需要的夯實裝置強度較高，對周圍的環境影響也很大，同時在處理軟土中黏土過高的情況效果並不明顯。
3.3排水加固法
軟土路基建設的過程中提高土壤的負荷量加快內部排水，從而提高土體排水的效率加快固結的方式稱為排水加固法，該方式適用於軟土淤泥較多、黏土較多以及飽和充填的土壤形式，原理是在施加壓力的同時加快地基沉降速度，提前完成路基的沉降量和排水效應。目前存在的排水加固法有預壓處理法、真空預壓法、塑膠排水法等。其中預壓處理法是採取不同荷載的方式進行土壤的超載預壓、欠載預壓和等載預壓等等，效果顯著和工藝簡單的特性讓預壓處理的方式得到廣泛應用，但是工期較長和搬運複雜等方式是其通常和排水加固方式一同使用。袋裝砂井法和塑膠排水板法的原理相同，也有較為成熟的工藝和設計經驗，可以有效增加軟土路基在垂直方向的排水能力，降低橫向排水距離，結合載入預壓方式效果更好。適應的土壤情況也較為廣泛，沙袋和塑膠排水板是經過量產的，不論是在質量上還是運輸商都很穩定的便捷。塑膠排水板比沙袋還具有質量輕和吸水性強的特點，從勞動力和延伸率的和角度使用的費用也較低，但是從土體抗剪的能力上沒有袋裝砂井法實施的效果好。
4.結語
綜上所述，提高路基的預測沉降運算方式，從實際情況的角度下對軟土的引數進行測評，是我國目前修建高速公路軟土路基的正確處理方案改進方向。
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