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淺析我國高等級(jí)公路軟基處理研究現(xiàn)狀與發(fā)展
論文關(guān)鍵詞：公路軟基 處理 研究 發(fā)展 展望
論文摘要：對(duì)現(xiàn)階段我國高等級(jí)公路軟基處理方法進(jìn)行了探討，介紹了常用的軟基處理方法和其理論依據(jù)，對(duì)所存在的問題作出了分析，并且對(duì)未來的發(fā)展方向進(jìn)行展望。
一、高速公路軟基處理研究背景
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)模愈來愈大，高速公路也迎來了大發(fā)展的嶄新局面。1988年10月全長18.5km的滬嘉高速公路建成通車，此后，又相繼建成全長375km的沈大高速公路和全長143km的京津塘高速公路。自1990年以來，我國高速公路建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展期，一大批高速公路相繼建成通車，2003年全國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資又創(chuàng)歷史新高，高速公路通車總里程突破3萬公里，穩(wěn)居世界第二位。交通部于2004年提出未來20年公路發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃，將在2030年之前建成85 000公里的高速公路網(wǎng)。高速公路的建設(shè)地域已從沿海、平原等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)向內(nèi)陸腹地、山區(qū)發(fā)展。然而，受地理位置的限制，許多高速公路不得不修筑在軟弱土地基上。由于軟弱土地基具有的強(qiáng)度低、壓縮性大和明顯的觸變性等不良特征，對(duì)于路基危害很大。因此，在路基設(shè)計(jì)與施工中，必須給予充分的重視，根據(jù)實(shí)際情況，因地制宜地處理，以提高地基的強(qiáng)度，減少其壓縮性，改善其穩(wěn)定條件。
我國地域遼闊，有各種成因的軟土層，如東海、黃海、渤海的濱海相沉積土；長江、珠江、閩江中下游的三角洲相沉積土；洞庭湖、太湖、洪澤湖、滇池的湖相沉積土等，其分布范圍廣、土層厚度大。這類軟土的特點(diǎn)是含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)低、沉降穩(wěn)定時(shí)間長。在這類地基上修建高等級(jí)公路，若地基不經(jīng)處理或處理不當(dāng)，將會(huì)引起道路質(zhì)量的降低甚至破壞。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在世界各國土木、水利工程事故中，以地基問題處理不當(dāng)引起的最多。而且，因地基問題造成的事故一旦發(fā)生，輕者影響使用，重者危及生命財(cái)產(chǎn)的安全，并且補(bǔ)救比較困難，補(bǔ)救工程費(fèi)用很大。如日本的常磐高速公路神田橋自1986年09月20日通車后，19個(gè)月平均每月補(bǔ)修一次錯(cuò)臺(tái)，嚴(yán)重影響了路面質(zhì)量和通行能力；我國滬嘉高速公路、湖北漢宜一級(jí)公路等通車后，由于軟土沉降等問題，使路面開裂，橋頭錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)大者可達(dá)7~8cm，使行車速度大為下降，一直小修不斷。隨著高等級(jí)公路的修建，軟土路基問題越來越突出，已成為影響工程質(zhì)量、工程周期和工程造價(jià)的關(guān)鍵因素之一。因此，加強(qiáng)高等級(jí)公路軟基處理的研究，科學(xué)地選擇經(jīng)濟(jì)、有效的軟基處理方案，是確保高等級(jí)公路的工程質(zhì)量的重要措施。
二、我國高等級(jí)公路軟基處理研究現(xiàn)狀
1、軟弱地基基本特性的研究
軟弱地基主要是指呈軟塑和流塑狀態(tài)的粉土和粉質(zhì)粘土，是在地表下相當(dāng)深度范圍內(nèi)存在軟弱土。軟弱土的主要物理力學(xué)指標(biāo)表現(xiàn)為：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0，塑性指數(shù)20左右，不排水抗剪強(qiáng)度小于30kPa，壓縮系數(shù)a1-2大于0.5MPa－1。這類土具有壓縮性高、強(qiáng)度低，排水固結(jié)慢、地基穩(wěn)定性差等特性，通常很難滿足地基承載力和變形的要求。因此，不能作為永久性大型建（構(gòu)）筑物的天然地基。軟弱地基在不同地區(qū)或在同一地區(qū)的不同路段，表現(xiàn)出的工程特性有較大的差異，如在軟弱土厚度較大的地區(qū)，表層在長期氣候的影響，含水量減小，在收縮固結(jié)作用下，其表面形成所謂的“硬殼”。該硬殼層具有中等或低的壓縮性，較高的強(qiáng)度。在工程上如何利用這一硬殼層，節(jié)約工程造價(jià)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
2、高速公路軟基處理的實(shí)例研究
近年來，隨著高速公路大規(guī)模的建設(shè)，工程中遇到的軟基問題愈來愈多，在軟基處理的過程中，對(duì)軟土的性質(zhì)、基坑開挖穩(wěn)定性及其地基加固技術(shù)的研究日益深入，在軟土加固的工程實(shí)踐及樁基或其他類型基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工等方面,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和大量的資料�？梢哉f，公路軟基處理的方法可涉及到所有的地基處理方法。軟基加固技術(shù)由最早的采用填土緩速平衡碾壓、生石灰樁、淺層換填等方法發(fā)展到下述的主要的處理方法：(1)排水預(yù)壓法；(2)粉體攪拌樁深層處理法；(3)輕質(zhì)路堤；(4)墊層及淺層處理；(5)自重預(yù)壓，超載預(yù)壓；(6) 化學(xué)方法；(7) 土工織物等加固技術(shù)；(8)砂樁、碎石樁等。國內(nèi)外的軟土地基加固方法歸納起來已達(dá)幾十種，但目前仍然處于新老方法不斷完善和發(fā)展的階段。不論采用哪種方法，就其原理說不外乎分為以下幾類：(1)改良土質(zhì)；(2)換置；(3)補(bǔ)強(qiáng)。從以上的軟基處理方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用情況來看，對(duì)其效果評(píng)價(jià)不一，由此看來，在如此眾多的軟基處理方法中，要采用哪一種方法效果較好、施工方便、又節(jié)省資金，這無疑也是軟基加固處理中的一個(gè)關(guān)鍵問題。
3、軟土地基加固方案選擇的研究
高速公路對(duì)地基變形量的要求很高，一般要求在使用期內(nèi)路堤的工后沉降不超過30cm，路橋搭接處不超過10cm。大量的工程實(shí)踐證明，軟土地基加固工程成敗的先決條件之一是地質(zhì)資料的可靠性。地基加固的費(fèi)用可占總投資的1/3，甚至更大，所以選取經(jīng)濟(jì)、有效的加固方案非常重要。要想確定科學(xué)合理的加固方案，除了
軟土地基加固處理技術(shù)比較復(fù)雜，地基的沉降過程長達(dá)幾十年，為使軟基加固處理取得長遠(yuǎn)的效果，應(yīng)盡量采用理論上成熟、計(jì)算方法完善的加固處理技術(shù)。
經(jīng)過多年的實(shí)踐，可以得出如下經(jīng)驗(yàn)：(1)強(qiáng)夯對(duì)于以泥炭為主的軟土層，仍然是有明顯效應(yīng)的；(2)對(duì)于基礎(chǔ)面積較小的軟粘土地基，如柱基、墩基等，采用強(qiáng)夯，即使不能形成良好的排水通道，產(chǎn)生周圍隆起，但也能達(dá)到強(qiáng)迫預(yù)沉降、強(qiáng)迫換土的效果。(3)軟粘土采用強(qiáng)夯，最好配以較疏的砂井，而砂井的井徑，盡可能采用較大直徑，以加強(qiáng)壓密排水效應(yīng)。(4)軟粘土采用強(qiáng)夯，孔隙壓力消散遲緩，相鄰夯點(diǎn)，先后夯擊的間歇時(shí)間，常需達(dá)到3周~5周，如果平均按一個(gè)月計(jì)算，則整個(gè)施工期間，必須在3個(gè)月以上。
三、高等級(jí)公路軟基處理研究存在的問題及展望
目前公路軟基處理的研究己經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃胶鸵?guī)模。但從國內(nèi)、外現(xiàn)有資料來看，仍存在著一些不容忽視的問題，因此，結(jié)合當(dāng)前公路軟基處理研究的現(xiàn)狀,應(yīng)在相應(yīng)的方面加強(qiáng)研究。
1、 數(shù)值計(jì)算技術(shù)沒有充分表現(xiàn)出其優(yōu)越性。
因?yàn)橐蕴郴?Terzaghi)的經(jīng)典土力學(xué)為基礎(chǔ)的理論公式法仍被廣泛應(yīng)用，所以在實(shí)際工程應(yīng)用的研究中應(yīng)將深入開展軟土地基沉降計(jì)算方法的研究和數(shù)值計(jì)算方法的實(shí)用研究作為今后的工作重點(diǎn)。
2、 地基加固新技術(shù)的研究還不夠，應(yīng)加強(qiáng)復(fù)合地基的應(yīng)用及其研究。
對(duì)于軟土層厚度較大，深層土體強(qiáng)度很難改善時(shí)，復(fù)合地基能將外力較合理地傳遞給全土層，并按樁（柱）體剛度和置換率的不同，承擔(dān)不同的外力，減輕土直接受力的負(fù)擔(dān)，不必對(duì)較難改善強(qiáng)度的深層軟土進(jìn)行加固處理，如采用深層攪拌樁、預(yù)制樁法均可形成復(fù)合地基，工程實(shí)踐證明效果很好。
3、 地基處理方案的決策分析研究不夠，目前的方案選擇基本上停留在人為憑經(jīng)驗(yàn)選取階段。應(yīng)加強(qiáng)公路軟基處理方案的決策分析，對(duì)軟基處理方法進(jìn)行優(yōu)選。使目前人為定性決策方法數(shù)值化、科學(xué)化和智能化。
（1）加強(qiáng)公路軟基處理的系統(tǒng)化研究。近年來，大量出現(xiàn)的實(shí)例研究為系統(tǒng)性的理論研究提供了基礎(chǔ)，應(yīng)著手對(duì)這些實(shí)例研究資料進(jìn)行系統(tǒng)化的研究，對(duì)軟土的工程評(píng)價(jià)，處理方法的選擇等都具有重要的理論和實(shí)踐意義。
�。�2）應(yīng)用系統(tǒng)工程( system engineering) “ 量化評(píng)分” 法進(jìn)行軟基處理方法的選擇。因?yàn)椴煌貐^(qū)的土層厚度、分布、質(zhì)量有所差異的，地基處理在技術(shù)、造價(jià)、時(shí)間和施工難度上均是不同的，所以只有對(duì)具體的工程地基加固采用系統(tǒng)工程“ 量化評(píng)分” 法進(jìn)行分析、優(yōu)選，才能收到較好的效果 。如上海新港址軟基處理方法選擇， 上港十四區(qū)對(duì)多個(gè)試驗(yàn)成果進(jìn)行優(yōu)選， 均采用系統(tǒng)工程的量化分析理論，得到有關(guān)專家的好評(píng)。
�。�3）提高公路軟基處理研究的智能化水平，研究表明，在工程領(lǐng)域，尋求最優(yōu)解往往很困難，獲取滿意解不失為一種合理的選擇，人工智能方法是目前獲取滿意解最好方式之一。
4、地基處理方法的選擇應(yīng)與環(huán)保問題結(jié)合起來。
5、地基處理效果的檢測(cè)技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展。
6、經(jīng)濟(jì)快速的處理方法是有生命力的處理方法。隨著工程建設(shè)的高速發(fā)展，要求對(duì)地基的處理速度要加快，周期要縮短；再由于建筑市場的開發(fā)，往往經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法較易被市場所接受。因此經(jīng)濟(jì)快速的加固方法仍然是今后發(fā)展方向。
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