关于公路软土路基设计中几个问题的探讨

GXF360 2017-06-21

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关于公路软土路基设计中几个问题的探讨

□ 山西省公路局太原分局勘测设计所贺云丹

摘要：公路软土路基设计主要是为了更好地确保公路软基施工质量。所以作为设计人员，必须紧密结合实际，切实注重设计参数的确定，并做好加固区沉降以及稳定性的计算等工作。因而本文主要以公路软土路基设计中的参数设计为切入点，以复合桩基设计为例，就其设计中需要注意的相关问题进行了探讨。

关键词：公路软土路基设计；问题；复合桩基

在公路软土路基设计中，设计参数的确定是前提。但是现在很多公路软基施工中需要采取复合桩基，所以对其做好加固区的沉降以及稳定的计算，对于确保复合桩基设计成效的提升具有十分重要的意义。以下笔者就此展开分析。

1.设计参数选取问题分析

处治方案和软土路基土体参数选用是否合理对软土路基设计质量有着决定性的的影响。

软土路基设计参数的选取，需要通过多次取样试验来确定。软土路基设计参数主要分为压缩和力学两种性质。其中通常采用室内试验结合原位测试的方法来确定软土路基设计参数中的力学性质。而原位测试方法主要就是利用十字板剪切和静力触探来确定软土抗剪性能和承载性能，室内试验方法主要是利用对土样快剪和固结快剪，得出抗剪指标并进行综合分析，从而对软土抗剪强度进行确定。采用竖向、径向的方法压缩原装土样，并通过模拟土体在排水处理情况下土体所具有的排水能力来确定软土路基设计参数中的压缩性质。勘察精度直接影响着设计参数的准确性，即便勘察精度符合设计参数准确性要求，在设计过程中设计人员仍应注意以下情况：第一，选取软土物理参数可直接采用对软土的试验结果来确定；第二，沉降分析方法有e-p曲线和Es-p曲线两种，在分析软土沉降时应选择e-p曲线，这是因为Es-p曲线是基于e-p曲线发展而来，选择Es-p曲线分析软土沉降产生误差的机率要大于e-p曲线；第三，分析路基稳定性时，选取快剪和固结快剪指标时应结合原位测试和室内实验，通常现场测试得出的土体内聚力要大于室内实验，所以，在设计时应对工程重要性和土体性质进行综合考虑，从而做到综合选取[1]。

2.复合桩基设计问题分析

2.1 柔性复合桩基设计问题分析

将复合桩基相对刚度用公式表示为：，桩柔性指数用公式表示为：，桩长径比用公式表示为：，若复合桩基的相对刚度大于1则表示复合桩基为刚性，反之复合桩基为柔性。柔性复合桩基的桩体刚度与桩间土体刚度相差不大，处理方法较多主要有：土桩、搅拌桩、碎石桩、石灰桩、旋喷桩、灰土桩等方法。其中应注意的是碎石桩还兼具排水固结功能。针对这种类型的复合桩基，在进行加固区沉降计算时一般采用复合模量法、桩身压缩模量法及应力修正法，在软土路基设计中还应注意路基的工后沉降情况，若是采用复合模量法，则很难准确确定工后沉降，面临这种情况，要想准确确定工后沉降，则能够采用将总沉降乘以一个系数的方法得出工后沉降。若是采用应力修正法对压缩量进行计算，应认真分析桩间土荷载情况，而后根据桩间土压缩模量，利用分层总和法对加固区土层压缩量进行计算，计算和分析时不用对桩体进行考虑。这时桩间土体荷载用公式表示为：PS=μSP，应力降低系数用μs表示，为1/[1+(n-1）m]；桩土应力比用n表示；置换率用m表示；复合地基的平均荷载密度用p表示。这时，如何合理确定桩土应力比n成为关键问题。若复合桩基为柔性桩体，能够根据等应变理论计算出桩土应力比值，通常比值范围在大于3小于6之间。桩身压缩模量法主要是利用桩身压缩量结合桩体刺入下卧层土的沉降变形量，从而得出桩身加固区压缩量，桩身压缩模量法与应力修正法有一个共同点，两者都需要对桩土应力比进行确定，此外，，桩身压缩模量法还存在一个难点，难以准确对桩体刺入下卧层土中的刺入量进行确定。通过对上述情况进行分析能够得知，计算柔性复合桩基沉降应优先选择应力修正法。利用容许承载力能够对柔性复合桩基的稳定度进行有效控制，利用承载力对设计位于与结构物相接的部位进行控制，通常采用坡的稳定系数对路基段进行控制。

2.2 刚性复合桩基设计问题分析

目前，常用的刚性复合桩基主要有水泥碎石桩和CFG桩两种。随着交通事业的快速发展，公路工程中对沉降的要求也在不断提高，部分沿海地区已经在公路软土路基处理中引入了管桩，而管桩以前主要被广泛应用于房建地基处理中。刚性复合桩基通常利用容许承载力来控制稳定度，刚性复合桩基的设计难点就是计算加固区沉降。若是采用复合模量法来计算加固区沉降，在《建筑地基处理技术规范》中的能够找到计算天然地基压缩模量与复合土层压缩模量比值的方法，用公式表示为，其中天然地基承载力特征值用fak表示，复合桩基承载力特征值用fspk表示，进行刚性复合桩基的设计时由于没有在现场进行复合桩基荷载试验，无法准确得知复合桩基的承载力，只能通过上部填土荷载大小进行确定，最终得出的结果ζ是定值，这时对加固区沉降进行计算所得的结果也是个定值，与刚性桩设计参数没有关联，这样是不合理的。通常难以准确确定刚性复合桩基中桩土应力比值，其范围在大约在20到100之间，即便采用应力修正法也难以取得较好的效果。通常来说刚性复合桩基的置换率相对来说并不高，复合地基刚度相对来说较高，这样能够使得桩承载力得到充分发挥，这时能够采用桩身压缩模量法进行计算，对于桩体本身压缩量可以不用进行考虑，对桩极限状态下的荷载进行计算，得出桩端承载密度，从而计算出桩体在下卧层的刺入量[2]。

3.相关建议

公路软土路基情况不同所采取的处理措施也不同，结合软土路基特点，针对软土路基设计存在的问题，提出以下相关建议：第一，选取软基设计参数时，分析软土沉降应尽量选择e-p曲线，除了特殊情况需要尽量不选择Es-p曲线进行软土沉降分析；分析软土路基稳定性时，现场测试所得土体内聚力要大于室内实验，所以，在设计时应对工程重要性和土体性质进行综合考虑，从而做到综合选取。第二，进行软基处理时若是选用排水固结法，为了避免安全事故，对于土体内聚力不进行考虑，若是由于排水固结导致土体内聚力不断提高，应对土体摩擦角提高进行考虑，并对袋装砂井中砂对土体强度影响进行考虑。第三，计算柔性桩基沉降时，应优先选择应力修正法，若柔性桩基稳定性较好，应采用承载力控制方法对位于与结构物相接部位进行控制，建议采用桩身压缩模量法对加固区沉降进行计算。软土路基处理措施较多，上述仅为笔者自身实践经验中总结出的相关建议，以期能够为公路软土路基设计人员的设计工作提供一定的帮助，为公路工程发展贡献绵薄之力[3]。