浅析我国高等级公路软基处理研究现状与发展
论文关键词：公路软基 处理 研究 发展 展望
论文摘要：对现阶段我国高等级公路软基处理方法进行了探讨，介绍了常用的软基处理方法和其理论依据，对所存在的问题作出了分析，并且对未来的发展方向进行展望。
一、高速公路软基处理研究背景
近年来，随着经济建设的不断发展，我国基础设施建设的规模愈来愈大，高速公路也迎来了大发展的崭新局面。1988年10月全长18.5km的沪嘉高速公路建成通车，此后，又相继建成全长375km的沈大高速公路和全长143km的京津塘高速公路。自1990年以来，我国高速公路建设进入了快速发展期，一大批高速公路相继建成通车，2003年全国交通基础设施建设投资又创历史新高，高速公路通车总里程突破3万公里，稳居世界第二位。交通部于2004年提出未来20年公路发展的远景规划，将在2030年之前建成85 000公里的高速公路网。高速公路的建设地域已从沿海、平原等经济发达地区向内陆腹地、山区发展。然而，受地理位置的限制，许多高速公路不得不修筑在软弱土地基上。由于软弱土地基具有的强度低、压缩性大和明显的触变性等不良特征，对于路基危害很大。因此，在路基设计与施工中，必须给予充分的重视，根据实际情况，因地制宜地处理，以提高地基的强度，减少其压缩性，改善其稳定条件。
我国地域辽阔，有各种成因的软土层，如东海、黄海、渤海的滨海相沉积土；长江、珠江、闽江中下游的三角洲相沉积土；洞庭湖、太湖、洪泽湖、滇池的湖相沉积土等，其分布范围广、土层厚度大。这类软土的特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数低、沉降稳定时间长。在这类地基上修建高等级公路，若地基不经处理或处理不当，将会引起道路质量的降低甚至破坏。据调查统计，在世界各国土木、水利工程事故中，以地基问题处理不当引起的最多。而且，因地基问题造成的事故一旦发生，轻者影响使用，重者危及生命财产的安全，并且补救比较困难，补救工程费用很大。如日本的常磐高速公路神田桥自1986年09月20日通车后，19个月平均每月补修一次错台，严重影响了路面质量和通行能力；我国沪嘉高速公路、湖北汉宜一级公路等通车后，由于软土沉降等问题，使路面开裂，桥头错台，错台大者可达7~8cm，使行车速度大为下降，一直小修不断。随着高等级公路的修建，软土路基问题越来越突出，已成为影响工程质量、工程周期和工程造价的关键因素之一。因此，加强高等级公路软基处理的研究，科学地选择经济、有效的软基处理方案，是确保高等级公路的工程质量的重要措施。
二、我国高等级公路软基处理研究现状
1、软弱地基基本特性的研究
软弱地基主要是指呈软塑和流塑状态的粉土和粉质粘土，是在地表下相当深度范围内存在软弱土。软弱土的主要物理力学指标表现为：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0，塑性指数20左右，不排水抗剪强度小于30kPa，压缩系数a1-2大于0.5MPa－1。这类土具有压缩性高、强度低，排水固结慢、地基稳定性差等特性，通常很难满足地基承载力和变形的要求。因此，不能作为永久性大型建（构）筑物的天然地基。软弱地基在不同地区或在同一地区的不同路段，表现出的工程特性有较大的差异，如在软弱土厚度较大的地区，表层在长期气候的影响，含水量减小，在收缩固结作用下，其表面形成所谓的“硬壳”。该硬壳层具有中等或低的压缩性，较高的强度。在工程上如何利用这一硬壳层，节约工程造价，积累了一定的经验。
2、高速公路软基处理的实例研究
近年来，随着高速公路大规模的建设，工程中遇到的软基问题愈来愈多，在软基处理的过程中，对软土的性质、基坑开挖稳定性及其地基加固技术的研究日益深入，在软土加固的工程实践及桩基或其他类型基础的设计和施工等方面,积累了丰富的经验和大量的资料。可以说，公路软基处理的方法可涉及到所有的地基处理方法。软基加固技术由最早的采用填土缓速平衡碾压、生石灰桩、浅层换填等方法发展到下述的主要的处理方法：(1)排水预压法；(2)粉体搅拌桩深层处理法；(3)轻质路堤；(4)垫层及浅层处理；(5)自重预压，超载预压；(6) 化学方法；(7) 土工织物等加固技术；(8)砂桩、碎石桩等。国内外的软土地基加固方法归纳起来已达几十种，但目前仍然处于新老方法不断完善和发展的阶段。不论采用哪种方法，就其原理说不外乎分为以下几类：(1)改良土质；(2)换置；(3)补强。从以上的软基处理方法在工程实际中的应用情况来看，对其效果评价不一，由此看来，在如此众多的软基处理方法中，要采用哪一种方法效果较好、施工方便、又节省资金，这无疑也是软基加固处理中的一个关键问题。
3、软土地基加固方案选择的研究
高速公路对地基变形量的要求很高，一般要求在使用期内路堤的工后沉降不超过30cm，路桥搭接处不超过10cm。大量的工程实践证明，软土地基加固工程成败的先决条件之一是地质资料的可靠性。地基加固的费用可占总投资的1/3，甚至更大，所以选取经济、有效的加固方案非常重要。要想确定科学合理的加固方案，除了
软土地基加固处理技术比较复杂，地基的沉降过程长达几十年，为使软基加固处理取得长远的效果，应尽量采用理论上成熟、计算方法完善的加固处理技术。
经过多年的实践，可以得出如下经验：(1)强夯对于以泥炭为主的软土层，仍然是有明显效应的；(2)对于基础面积较小的软粘土地基，如柱基、墩基等，采用强夯，即使不能形成良好的排水通道，产生周围隆起，但也能达到强迫预沉降、强迫换土的效果。(3)软粘土采用强夯，最好配以较疏的砂井，而砂井的井径，尽可能采用较大直径，以加强压密排水效应。(4)软粘土采用强夯，孔隙压力消散迟缓，相邻夯点，先后夯击的间歇时间，常需达到3周~5周，如果平均按一个月计算，则整个施工期间，必须在3个月以上。
三、高等级公路软基处理研究存在的问题及展望
目前公路软基处理的研究己经达到了相当的水平和规模。但从国内、外现有资料来看，仍存在着一些不容忽视的问题，因此，结合当前公路软基处理研究的现状,应在相应的方面加强研究。
1、 数值计算技术没有充分表现出其优越性。
因为以太沙基(Terzaghi)的经典土力学为基础的理论公式法仍被广泛应用，所以在实际工程应用的研究中应将深入开展软土地基沉降计算方法的研究和数值计算方法的实用研究作为今后的工作重点。
2、 地基加固新技术的研究还不够，应加强复合地基的应用及其研究。
对于软土层厚度较大，深层土体强度很难改善时，复合地基能将外力较合理地传递给全土层，并按桩（柱）体刚度和置换率的不同，承担不同的外力，减轻土直接受力的负担，不必对较难改善强度的深层软土进行加固处理，如采用深层搅拌桩、预制桩法均可形成复合地基，工程实践证明效果很好。
3、 地基处理方案的决策分析研究不够，目前的方案选择基本上停留在人为凭经验选取阶段。应加强公路软基处理方案的决策分析，对软基处理方法进行优选。使目前人为定性决策方法数值化、科学化和智能化。
（1）加强公路软基处理的系统化研究。近年来，大量出现的实例研究为系统性的理论研究提供了基础，应着手对这些实例研究资料进行系统化的研究，对软土的工程评价，处理方法的选择等都具有重要的理论和实践意义。
（2）应用系统工程( system engineering) “ 量化评分” 法进行软基处理方法的选择。因为不同地区的土层厚度、分布、质量有所差异的，地基处理在技术、造价、时间和施工难度上均是不同的，所以只有对具体的工程地基加固采用系统工程“ 量化评分” 法进行分析、优选，才能收到较好的效果 。如上海新港址软基处理方法选择， 上港十四区对多个试验成果进行优选， 均采用系统工程的量化分析理论，得到有关专家的好评。
（3）提高公路软基处理研究的智能化水平，研究表明，在工程领域，寻求最优解往往很困难，获取满意解不失为一种合理的选择，人工智能方法是目前获取满意解最好方式之一。
4、地基处理方法的选择应与环保问题结合起来。
5、地基处理效果的检测技术有待进一步发展。
6、经济快速的处理方法是有生命力的处理方法。随着工程建设的高速发展，要求对地基的处理速度要加快，周期要缩短；再由于建筑市场的开发，往往经济实惠的方法较易被市场所接受。因此经济快速的加固方法仍然是今后发展方向。
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