公路软土地基固结沉降分析

公路软土地基固结沉降分析

摘要：湖区、水网地区软土的成因、分布特征和工程性质与沿海的软土有一定的差异，能否直接引用沿海地区软土地基的工程治理措施、借助沿海地区软土的工程性质评价所采取的工程治理措施的效果等，还有待进一步地研究、论证。本文加以详述。

Abstract: the lake district, in the cause of soft soil water channel, distribution and engineering properties and coastal soft soil has certain differences, whether directly quoted coastal areas of the soft soil foundation engineering management measures, with the coastal areas of soft soil engineering properties to control engineering evaluation of measures such as the effect, still remain to be further research, demonstrating. This article to provide details.

Key words: soft soil foundation consolidation settlement

关键词：软土地基 固结沉降

软土地基的沉降变形和稳定性，一直是软土地基处理技术考虑的两个重要方面。我国公路建设，尤其是沿海软土分布地区的建设中，在这些方面开展了大量的科研工作，获得了一系列重要的成果，积累了丰富的工程经验，但是未见有湖区、水网地区具有普遍使用价值的成熟的系列成果。湖区、水网地区软土的成因、分布特征和工程性质与沿海的软土有一定的差异，能否直接引用沿海地区软土地基的工程治理措施、借助沿海地区软土的工程性质评价所采取的工程治理措施的效果等，还有待进一步地研究、论证。

天然软土具有下列特征：

(1)含水量高：淤泥和淤泥质土的含水量多为50%~70%，液限一般为40%~60%，天然含水量随液限的增大而增加。

(2)孔隙比大：天然软土的孔隙比往往要比同一垂直压力下的重塑土的孔隙比高出0.2~0.4。

(3)渗透性小：其渗透系数值一般在1×10-4~1×10-8cm/s之间。而大部分淤泥和淤泥质土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉砂、细砂、粉土等，故在垂直方向的渗透性比水平方向要小。

(4)压缩性高：淤泥和淤泥质土的压缩系数一般为0.7~1.5MPa-1，最大达4.5MPa-1，且随着土的液限增大，压缩性增大。

(5)具有结构性：即其力学特性与应力水平有密切关系，应力水平较低时压缩性较低，应力水平较高时结构性受到破坏，压缩性较高；结构性是不可逆转的，一旦破坏很难恢复，从而加大了土的压缩量；具有结构性的土应力—应变关系具有一定的剪胀性；在此类基础上进行工程施工，一旦施工过程不当，很容易造成工程质量问题，甚至工程事故。

由其物理性质决定了软土具有压缩性大、渗透性低、固结变形时间长、承载力低、稳定性差等特点。现代公路要求达到“安全、高效、舒适”的服务目的。如果路基不均匀沉降或工后沉降过大导致路面平整度差，将影响行车的舒适性和车速的提高，而且路面低凹处或桥头跳车产生的冲击力，会使路面不平整进一步加剧，必将缩短路面结构的服务寿命。有些公路在建成后不久，就因路堤工后沉降过大而导致路面开裂等，甚至经过多次返修也未能彻底整治，造成很大的人力物力浪费（如图1、2）。

图1 地基差异沉降引起水泥面板断板 图2 地基差异沉降导致路面平整度极差

另一方面软土地基稳定性差，在路堤分级加载过程中，可能由于软基的强度增长速度跟不上路堤填土的加载速度而导致地基失稳破坏，而导致工程事故，由于加载过快而导致的软基失稳的工程事例是屡见不鲜（如图3）。

图3 软基加载过快导致路堤垮塌

在软土地基上修建高等级公路，只有正确估算出地基沉降量才能确保工程按质按期的完成。所以沉降量的计算多年来一直是工程界关注的焦点。由于路堤高度差异和地基不均匀等原因，路基各部分的沉降或多或少总是不均匀的，使得路面相应产生不均匀变形。路基不均匀沉降超过了一定的限度，将导致路面的结构性破坏和功能性降低，使得公路不能满足设计要求。因此，研究路基沉降，对于保证公路正常使用和经济性，都具有很大意义。

（1）沉降量大

软土主要由粘土粒及粉粒组成，其粘粒含量较高，有的可达到60%~70%。软土的天然含水量是比较大的，根据统计，软土的天然含水量约在30%~80%之间，有的甚至达到200%以上；一般软土孔隙比e>1.5，则压缩性更高。由于软土土体含有大量的水，只要加载，水从孔隙中被挤出，土就被压缩。

（2）压缩稳定所需时间长

软土的颗粒组成以粘粒为主，尽管孔隙比大，但单个孔隙却很小，水在孔隙中流动较难，因此渗透性很低，渗透系数一般为10-7cm/s或10-8cm/s的数量级。饱和土受荷后，

水不能很快排出，沉降也只能慢慢发展。在软土地基中，这一变形过程常延续数年，乃至数十年。

（3）侧向变形较大

软土的侧向变形比一般土要大，而且侧向变形与竖向变形之比，在相同条件下也比一般土要大，换句话说，其泊松比要比非软土大。饱和软土承受荷载时，初期水来不及排出，土体体积不能缩小，便从侧向向外挤出，侧向膨胀的体积与竖向沉降的体积近于相等，泊松比接近于0.5，随着水的逐步排出，土体体积缩小，竖向沉降进一步发展，而侧向可能略有收缩。这时的泊松比小于0.5，达到0.4，甚至0.3以下。从最终稳定的变形来看，软土的泊松比一般高于非软土。

软土地基沉降量的常规计算方法

地基土的沉降量，按其变形特征分为三部分：瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降，

计算公式为：

式中： —地基最终沉降量;

—地基的瞬时沉降量(初始沉降);

—地基的主固结沉降量(主固结沉降);

—地基的次固结沉降量(蠕变沉降)。

1.1瞬时沉降量的计算

1955年，SkemPton与Peck等研究了研究了英国伦敦和美国芝加哥两大城市的六个建筑物实测沉降后，发现粘性土地基上建筑物的初始沉降，占建筑物总沉降量的相当可观部分，认为不可任意删去。

瞬时沉降凡一般采用弹性理论或一些经验公式计算。当粘性土地基的厚度甚深，作用于土面的的圆形或矩形面积上的压力均布荷载时，瞬时沉降可按下述弹性理论公式来估计，即

式中： —为均布荷载;

—为荷载面积的直径或宽度;

—为考虑荷载面积形状和沉降计算点位置的系数，可查表;

、 —为土的弹性模量和泊松比。

1.2主固结沉降量的计算

(1)用 — 曲线计算

主固结沉降量 ，无论是按 — 曲线还是 — 曲线计算，均采用分层总和法。采用 — 曲线时，主固结沉降按下式计算：