高速公路軟土地基沉降變形探究

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1、高速公路軟土地基沉降變形探究【摘要】軟土地基具有高壓縮、低強(qiáng)度、低滲透等特點(diǎn)，本文主要分析了高速公路軟土地基的變形機(jī)理、沉降變形組成、變形特點(diǎn)以及變形規(guī)律?！娟P(guān)鍵詞】軟土地基；變形機(jī)理；組成；特點(diǎn)；規(guī)律軟土的工程力學(xué)性質(zhì)較差，在外界作用力的影響下易發(fā)生擾動，軟土的現(xiàn)場試驗(yàn)比較困難，致使在軟土地區(qū)的路基的設(shè)計(jì)與施工比較困難。本文主要對高速公路軟土地基的變形機(jī)理、特點(diǎn)、規(guī)律進(jìn)行了分析。1高速公路軟土地基沉降變形機(jī)理在軟土地基上進(jìn)行高速公路的建設(shè)一般都需要填筑一定高度的路堤，由于土本身具體壓縮性，地基內(nèi)部在路堤荷載的作用下會產(chǎn)生應(yīng)力和固結(jié)變形，這是造成

2、路基沉降主要原因。軟土在外界荷載的作用下，軟土內(nèi)部為了抵抗壓應(yīng)力的不斷的增加，軟土的內(nèi)部會因此產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，軟土在處于飽和的狀態(tài)下，這個過程被稱為固結(jié)。天熱的土體天然土體一般是由礦物顆粒構(gòu)成骨架體，孔隙水和氣填充骨架體孔隙而組成的三相體系。飽和土由土顆粒和水組成，土顆粒之間存在膠結(jié)物，有些沒有粘結(jié)，但它們都能傳遞荷載，從而形成傳力的骨架，稱為土骨架。土體在外界荷載的作用下，會產(chǎn)生水壓力和有效應(yīng)力。外界荷載一部分有土體空隙中存在的水承擔(dān)，這部分被稱為孔隙水壓力：另外一部分的作用力由土體的骨架分擔(dān)，這部分被稱為有效應(yīng)力。所謂有效，是指在外界荷載作用力

3、下，引起的壓縮和強(qiáng)度有效，顆粒之間總荷載的傳遞與土體本身的總截面的比值被稱為有效應(yīng)力?？紫端畨毫煞譃殪o水壓力和孔隙水壓力兩部分?？紫端畨毫κ侵赣捎谕饨绾奢d的存在而產(chǎn)生的水壓力的增加量；靜水壓力指的是土體在荷載作用之前就存在于土體內(nèi)部。對土體壓縮性的研究可知：①土顆粒的壓縮性遠(yuǎn)比水的小，完全可以忽略不計(jì)；②在飽和土中，孔隙水的壓縮量與土骨架的壓縮量比較，數(shù)值很小，此時(shí)土骨架的壓縮顯然對土的固結(jié)起控制作用。就工程上常遇到的壓力（約100?600KN/m2）而言，土粒本身和孔隙中水的壓縮量，不到土體總壓縮量的1/400,因此?？陕匀ゲ挥?jì)；而孔隙中氣體

4、的壓縮變形，一般情況下，只有在土的飽和度很高，孔隙氣以封閉氣泡形式出現(xiàn)時(shí)才發(fā)生。這時(shí)，土中含氣量很少，因此，它的壓縮量在土體總壓縮量中所占的比重也不大。除了在某些情況需要考慮封閉氣體的壓縮外，一般也可忽略不計(jì)。因此，土體的變形是孔隙流體的流失及氣體體積減小、顆粒重新排列、粒間距離縮短和骨架體發(fā)生錯動的結(jié)果。2高速公路軟土路基沉降變形組成軟土路基沉降包括堤身及地基兩部分，經(jīng)典土力學(xué)認(rèn)為地基沉降包括瞬時(shí)沉降si、主固結(jié)沉降SC、次固結(jié)沉降SS三部分。則軟土路基的最終沉降量為S二Si+Sc+Ss。瞬時(shí)沉降是在荷載作用下土沒有任何體積變化的畸變所引起，所

5、以它發(fā)生非常迅速，這只是一個理想的概念，盡管沉降不是立即發(fā)生的，仍可認(rèn)為飽和軟土中的孔隙水來不及排出時(shí)所發(fā)生的沉降，其體積基本保持常數(shù)，土體只發(fā)生形變而沒有體變。瞬時(shí)沉降與加載方式和加載速率有很大的關(guān)系。主固結(jié)沉降是由于荷載置于地基上后，隨著時(shí)間的延續(xù)，孔隙水從土體中流出，引起體積隨時(shí)間的減少，因而地基體系逐漸發(fā)生沉降。它是由于外荷載引起超孔隙水壓力的水力梯度促使水從土體內(nèi)排出，而應(yīng)力增量轉(zhuǎn)移到土體骨架上而發(fā)生的沉降。在此階段水流的速率受到土的孔隙壓力、滲透性和壓縮性的影響，隨著孔隙壓力的消散，水流的速率將降低，隨后孔隙壓力消散基本完成，達(dá)到不變

6、的有效應(yīng)力狀態(tài)。這部分變形為固結(jié)變形，與時(shí)間有關(guān)，且主要發(fā)生體積的變化，對應(yīng)的沉降為主固結(jié)沉降。次固結(jié)沉降是由于超靜水壓力消散后，主固結(jié)變形完成后，在有效應(yīng)力作用下土骨架的徐變所致，是路基土中土粒骨架在持續(xù)荷載下蠕變所引起的，次固結(jié)變形的大小與孔隙水排出的速率無關(guān)，而是取決于土骨架本身蠕變性質(zhì)。次固結(jié)的速率與含水量、孔隙比、有機(jī)質(zhì)含量、溫度等因素有關(guān),與軟土的厚度無關(guān)。一般來說高速公路軟基的沉降量包括施工期間沉降和工后沉降。施工期沉降是指路基填土產(chǎn)生的荷載通過基礎(chǔ)傳給地基，在地基內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和變形，從而引起基礎(chǔ)的下沉，這部分沉降主要為瞬時(shí)沉降和主

7、固結(jié)沉降。工后沉降：施工完成以后，由于公路軟弱土基深厚固結(jié)速度慢，在路堤自重和路面荷載下作用下延續(xù)施工期間未完成的固結(jié)沉降，這種新沉降是路基在相應(yīng)的車輛荷載作用下產(chǎn)生的附加沉降。對于較厚的軟土層，在路基填筑至設(shè)計(jì)高程以后的幾年內(nèi)，主固結(jié)引起的沉降變形是主要的。3高速公路軟土路基沉降變形特點(diǎn)基礎(chǔ)沉降量的大小，首先與土的壓縮性有關(guān)，易于壓縮的土，基礎(chǔ)的沉降大。其次，與作用在基礎(chǔ)上的荷載性質(zhì)和大小有關(guān)。一般而言，荷載愈大，相應(yīng)的基礎(chǔ)沉降也愈大；而偏心或傾斜荷載所產(chǎn)生的沉降差要比中心荷載產(chǎn)生的大。由于路堤高度差異和地基的不均勻沉降，使得路面產(chǎn)生不均勻變形

8、。路基不均勻沉降超過了一定的限度，將導(dǎo)致路面的功能性、結(jié)構(gòu)性破壞，使公路不能滿足設(shè)計(jì)要求。軟土層厚的路段沉降大，而軟土層薄的路段則沉降較