道路软土地基浅层处置沉降与稳定分析

王 震 漳州市平原市政工程设计有限公司，福建 漳州 363000

1 引言

道路工程建设由于地基问题引起的危害大略有三个方面:(1)强度及稳定性问题。由于道路路堤填筑，当地基的抗剪强度不足以承受路堤和路面的外荷载时，地基会产生局部或整体的剪切破坏，造成路堤沉陷、塌方、失稳;(2)沉降变形问题。当地基在上部荷载及外部荷载的作用下产生过大的沉降变形时，会影响道路的正常使用，特别是产生过大的不均匀沉降时，会造成路面开裂破坏;(3)地震、车辆震动等动力荷载可能引起地基土特别是饱和无粘性土的液化、失稳及震陷等。换土垫层法的处治原理是将软弱土或不良土开挖至一定深度，回填抗剪强度高，压缩性较小的岩土材料，并分层压实形成双层地基，垫层能有效扩散基底压力，可提高地基承载力、减小沉降。因此，如果能充分发挥换土垫层法在软土路基中的应用，从道路工程的投资和使用效果上都至关重要。

2 工程实例

本工程实例路线总长1.6km，道路红线宽45m，道路等级为城市次干路，设计速度40km/h，机动车道为双向六车道，两侧分别设置绿化带、非机动车道、人行道等。道路沿线经过农田、果园，路基主要以填方为主。以下就该路段软土地基设计进行分析计算。

2.1 工程地质概况

根据工程勘察报告，拟建场地目前比较稳定，不会产生滑坡、崩塌、泥石流、危岩、岩溶等不良地质作用和地质灾害。拟建道路有软弱土分布。场地内未发现暗沟、暗河、洞穴、暗滨等对工程不利的地下埋藏物。

(1)人工填土层:①素填土及②耕土:层厚2.7m，为软弱土层，属高压缩性土，呈松散状态，均匀性差，工程地质性能差。

(2)全新统冲积层:③粉质粘土:层厚3.4m，为中软土层，属中等压缩性土，厚度变化较大，呈可塑状态，容许承载力值为150KPa，土的均匀性较差，工程地质性能一般;④淤泥:层厚2.8m，为软弱土，属高压缩性土，厚度变化较大，呈流塑状态，容许承载力值为45KPa，土的均匀性较差，工程地质性能很差;⑤中砂:层厚10.4m，土质不均，厚度变化较大，呈中密状，局部为稍密状，属中等强度土层，均匀性差，容许承载力值为250KPa。

(3)上更新统冲洪积层:⑥粗砂:土质不均。埋深较大，呈中密状，属中等强度土层，均匀性一般，容许承载力值为350KPa。

(4)残积层:⑦残积粘性土:为中软土，可塑～坚硬，容许承载力值为220KPa，土的均匀性一般，工程地质性能较好。

2.2 特殊路基处理方法

从本工程地质概况可以看出，表层人工填土及淤泥层均为软弱土层，工程地质性能差，不宜直接作为拟建道路的地基持力层，且淤泥层埋深较深，若采用排水固结或复合地基等深层处理方法显然是没问题的。本设计方案从投资和使用效果的角度出发，提出采用换土垫层法进行处理。处理软基的首要问题是排水，排除具有自由水性质的孔隙水，降低天然含水量加快软土固结速度以达到提高其承载能力的目的，本工程采用的处治方法是挖除表层素填土2.0m，然后换填中粗砂，并在中粗砂中设置一层双向土工格栅进行加筋处理，以增大压力扩散角，提高路基稳定性。中粗砂层做为路基中孔隙水排出的通道，作用是排水固结，并扩散路基填土自重及压路机械作用在软基上的附加应力，以及防止地下水上升浸湿新填土，避免产生弹软土。

2.3 沉降及稳定性计算

(1)计算依据:《岩土工程勘察报告》。

(2)计算简图(见图1)

图1

(3)计算条件。计算目标:计算沉降和稳定;路堤设计高度:3.100(m);路堤设计顶宽:45.000(m);路堤边坡坡度:1:1.5;工后沉降基准期结束时间表1:36(月);荷载施加级数:2。

路堤土层数:2

表2 地基土层数:4 地下水埋深:3.200(m)

表3 浅层处置

①固结度计算参数。地基土层底面:不是排水层;固结度计算采用方法:微分方程数值解法;多级加荷固结度修正时的荷载增量定义为“填土高* 容重”;填土-时间-固结度输出位置距离中线距离:0.000(m);填土-时间-固结度输出位置深度:0.000(m)。

②沉降计算参数。地基总沉降计算方法:经验系数法;主固结沉降计算方法:e-p 曲线法;沉降计算不考虑超载;沉降修正系数:1.200;沉降计算的分层厚度:0.500(m);分层沉降输出点距中线距离:0.000(m);压缩层厚度判断应力比=15.000%;基底压力计算方法:按多层土实际容重计算;计算时考虑弥补地基沉降引起的路堤增高量;工后基准期起算时间:最后一级加载(路面施工)结束时。

③稳定计算参数。稳定计算方法:总应力法(瑞典条分法);加载与路堤竣工的间隔时间(月):1;稳定计算不考虑地震力;稳定计算目标:自动搜索最危险滑裂面;条分法的土条宽度:1.000(m);搜索时的圆心步长:1.000(m);搜索时的半径步长:0.500(m)。

(4)各级加荷的沉降计算。第1 级加荷，从0.0～1.0 月;加载开始时，路基计算高度=0.000(m)，沉降=0.000(m);加载结束时，路基计算高度=2.420(m)，沉降=0.020(m);第2 级加荷，从7.0～8.0 月;加载开始时，路基计算高度=2.420(m)，沉降=0.020(m);加载结束时，路基计算高度=3.123(m)，沉降=0.024(m)。

(5)路面竣工时及以后的沉降计算。基准期开始时刻:最后一级加载(路面施工)结束时刻;考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为=3.123(m);路面竣工时，地基沉降=0.024(m);基准期内的残余沉降=0.000(m);基准期结束时，地基沉降=0.024(m);最终地基总沉降=1.200* 0.350=0.420(m)。

(6)稳定计算:①第1 级加荷，从0.0～1.0 月，路基设计高度2.400(m)，路基计算高度(考虑沉降响)2.420(m)，加载结束时稳定结果。最不利滑动面:滑动圆心=(1.936，3.871)(m);滑动半径=6.568(m);滑动安全系数=1.494;总的下滑力=124.658(kN);总的抗滑力=186.207(kN);土体部分下滑力=124.658(kN);土体部分抗滑力=156.207(kN);筋带的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。②第2 级加荷，从7.0～8.0 月，路基设计高度3.100(m)，路基计算高度(考虑沉降响)3.123(m)，加载结束时稳定结果:最不利滑动面:滑动圆心=(2.499，3.123)(m);滑动半径=5.811(m);滑动安全系数=1.498;总的下滑力=155.032(kN);总的抗滑力=232.278(kN);土体部分下滑力=155.032(kN);土体部分抗滑力=171.191(kN);筋带的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。③第9.0 月施加超载，路基设计高度3.100(m)，路基计算高度(考虑沉降影响)3.123(m)，加载时稳定结果。最不利滑动面:滑动圆心=(2.499，3.123)(m);滑动半径=5.811(m);滑动安全系数=1.452;总的下滑力=165.170(kN);总的抗滑力=239.827(kN);土体部分下滑力=165.170(kN);土体部分抗滑力=175.126(kN);筋带的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。

3 结语

软土地基在选择处理措施时，应考虑地基条件、公路条件及施工条件，尤其要考虑处理措施的特点、对地基的适用性和效果，来确定符合处理目的的处理措施;从而保证路基的稳定。本文通过理论计算对软土路基浅层处治的沉降与稳定进行分析，虽然计算结果均满足规范要求，但施工期间还应注意对路堤施工进行动态观测，即进行沉降和稳定的动态观测，不同测定项目的观测点尽可能布置在同一横断面上，便于观测和测点的保护，也便于数据分析。

［1］龚晓南主编.《地基处理手册》(第三版).中国建筑工业出版社，2008.

［2］交通部第二公路勘察设计院主编.公路设计手册《路基》.人民交通出版社，2001.