摘要：針對于公路建設(shè)過程中經(jīng)常會遇到大量的軟土地基，介紹了公路地基沉降的變形機理、變形組成、變形特點以及變形規(guī)律。

　　關(guān)鍵詞：軟土地基,沉降,機理,規(guī)律

　　1概述

　　公路建設(shè)中常常會遇到大量的不良地基問題。軟土地基的承載力低，壓縮性強，外荷載作用下會產(chǎn)生較大的變形。填石地基或者土石混填地基自重大，容易引起較大沉降。而過大的沉降或沉降差會影響路面的平整度、公路線性上的平流順暢及路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

　　2公路軟土地基沉降變形機理

　　在軟土地基上興建高等級公路通常需要填筑一定高度的路堤，在路堤荷載作用下，在地基內(nèi)部將產(chǎn)生應力和固結(jié)變形，這種由于土的壓縮性構(gòu)成了地基沉降的主要原因。

　　土體受力后引起的變形可分為體積變形和形狀變形。體積變形主要由正應力引起，它只會使土的體積縮小壓密，不會導致土體破壞。而形狀變形主要由剪應力引起，當剪應力超過一定限度時，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時的變形將不斷發(fā)展。通常在地基中是不允許發(fā)生大范圍剪切破壞的。

　　所謂有效，是指對引起壓縮和產(chǎn)生強度有效，有效應力是粒間傳遞的總荷載與土體總截面積之比。孔隙水壓力可分為兩部分：一是靜水壓力，在荷載施加之前就存在于地基中，另一是超孔隙水壓力，是外荷載引起的孔隙水壓力的增量。

　　3公路軟土地基沉降變形組成

　　軟土地基沉降包括堤身及地基兩部分，經(jīng)典土力學認為地基沉降包括瞬時沉降Si、主固結(jié)沉降Sc、次固結(jié)沉降Ss三部分。則軟土地基的最終沉降量為S= Si +Sc+Ss。如圖1所示。

　　圖1 地基沉降的三個組成部分

　　(1)瞬時沉降

　　瞬時沉降是外部荷載加上的瞬間，飽和土中孔隙水尚來不及排出時所發(fā)生的沉降。此時土體只發(fā)生形變而沒有體變。瞬時沉降與加載方式和加載速率有很大的關(guān)系。這是由于不同加載時刻，土中有效應力隨著土體的固結(jié)而增大，土體的

　　變形模量相應增大的緣故。

　　(2)固結(jié)沉降

　　荷載置于地基土上后，隨著時間的延續(xù)。荷載不變而地基上中的孔隙水逐漸排出過程中所發(fā)生的沉降。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，而應力增量轉(zhuǎn)移到土體骨架上而發(fā)生沉降，它與時間有關(guān)，且主要發(fā)生體積的變化。

　　(3)瞬時沉降

　　對于瞬時沉降而言，瞬時固結(jié)不導致孔隙水的排出，但不等于可以將軟土看成彈性體而認為其導致的變形是瞬時完成的。瞬時沉降與加載方式和加載速率有很大的關(guān)系，如采用瞬時一次加載方式時，地基的瞬時沉降量比均勻加載的情況要大的多。這主要是由于增量加載的時刻，土中有效應力隨土體的固結(jié)而增大，土體的變形模量也相應增大。因此，瞬時沉降實質(zhì)并非“瞬時”，而是不排水的側(cè)向擠出而產(chǎn)生的位移變形沉降，而且，側(cè)向擠出產(chǎn)生的沉降也并非瞬時能完成，也能延續(xù)相當長的時間。

　　4公路軟土地基沉降變形特點

　　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。

　　圖2 軟基的沉降和側(cè)向位移

　　由圖2可見，隨著填土荷載的加大，地基各個部位都有不同的沉降量，路中心沉降量最大，路肩次之，坡角處沉降量最小。其沉降曲線形狀類似于盆底狀，在接近路肩處至坡腳處，由于荷載應力減少，其沉降量也呈衰減趨勢，其發(fā)展趨勢并沒有在坡腳處終止，但并不會很大，而且基本上沒有很大的變化。

　　由于軟土具有抗剪強度低、壓縮性高、滲透性小等特點，軟土地基在荷載作用下，引起的地基沉降，一般具有以下變形特征：

　　①沉降量大，由于軟土主要由粘粒和粉粒組成，其中粘粒含量很高，其天然含水量大，孔隙比大于1.5，抗剪強度低，承載力低，所以受荷后壓縮量大，沉降量超過一般路堤。

　　②側(cè)向變形大，飽和軟土受荷初期，土中水來不及排出，土體易于發(fā)生側(cè)向擠出，并隨著水的逐步排出，土體體積收縮，豎向沉降進一步發(fā)展。

　　③變形時間長，由于軟土本身的性質(zhì)以及較大的軟土厚度，孔隙水消散緩慢，并且下部軟土排水較困難，使得固結(jié)時間長，因此豎向沉降和側(cè)向變形延續(xù)的時間都很長。

　　5公路軟土地基沉降變形規(guī)律

　　根據(jù)軟土地基沉降變形的機理和特點分析及公路軟土地基的大量沉降觀測資料，總結(jié)出軟土地基沉降變化基本上經(jīng)歷4個過程：

　　發(fā)生階段：在對軟土地基剛加載時，土體處于彈性狀態(tài)，土中的孔隙水來不及排出，土體的側(cè)向變形使土體發(fā)生瞬時剪切變形，在荷載增加的最初階段，軟土地基的側(cè)移速率較大，沉降呈線性增加。

　　發(fā)展階段：隨著填土高度的增長，荷載不斷加大和時間的增長，地基土中的孔隙水逐漸排出，超靜孔隙水壓力逐步消散，土體逐漸壓密產(chǎn)生體積壓縮變形，進入彈塑性狀態(tài)，此時土體的沉降速率增長很快。

　　穩(wěn)定階段：當加載完成后，荷載不再增加，孔隙壓力不斷減小并接近完全消散，固結(jié)過程尚未完全完成，土體的沉降將隨著時間的推移而繼續(xù)增加，沉降速率逐漸變小，土體不斷發(fā)生固結(jié)。

　　極限階段：當時間足夠長時，沉降達到極限狀態(tài)，沉降量不再增加，沉降速率降為零，此時的沉降為地基的最終沉降量。

　　6結(jié)語

　　軟土地基是一種不良地基，研究公路軟土地基沉降變形機理及施工控制，對保證高速公路建設(shè)質(zhì)量、正常運營以及延長公路的使用壽命具有重要的意義。

　　參考文獻

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