摘要：針對(duì)于公路建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到大量的軟土地基，介紹了公路地基沉降的變形機(jī)理、變形組成、變形特點(diǎn)以及變形規(guī)律。

　　關(guān)鍵詞：軟土地基,沉降,機(jī)理,規(guī)律

　　1概述

　　公路建設(shè)中常常會(huì)遇到大量的不良地基問(wèn)題。軟土地基的承載力低，壓縮性強(qiáng)，外荷載作用下會(huì)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(guò)大的沉降或沉降差會(huì)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(jī)理

　　在軟土地基上興建高等級(jí)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(yīng)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(yīng)力引起，它只會(huì)使土的體積縮小壓密，不會(huì)導(dǎo)致土體破壞。而形狀變形主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超過(guò)一定限度時(shí)，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時(shí)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(duì)引起壓縮和產(chǎn)生強(qiáng)度有效，有效應(yīng)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(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(gè)組成部分

　　(1)瞬時(shí)沉降

　　瞬時(shí)沉降是外部荷載加上的瞬間，飽和土中孔隙水尚來(lái)不及排出時(shí)所發(fā)生的沉降。此時(shí)土體只發(fā)生形變而沒(méi)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。這是由于不同加載時(shí)刻，土中有效應(yīng)力隨著土體的固結(jié)而增大，土體的

　　變形模量相應(yīng)增大的緣故。

　　(2)固結(jié)沉降

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

　　(3)瞬時(shí)沉降

　　對(duì)于瞬時(shí)沉降而言，瞬時(shí)固結(jié)不導(dǎo)致孔隙水的排出，但不等于可以將軟土看成彈性體而認(rèn)為其導(dǎo)致的變形是瞬時(shí)完成的。瞬時(shí)沉降與加載方式和加載速率有很大的關(guān)系，如采用瞬時(shí)一次加載方式時(shí)，地基的瞬時(shí)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(shí)刻，土中有效應(yīng)力隨土體的固結(jié)而增大，土體的變形模量也相應(yīng)增大。因此，瞬時(shí)沉降實(shí)質(zhì)并非“瞬時(shí)”，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(shí)能完成，也能延續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

　　4公路軟土地基沉降變形特點(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。

　　圖2 軟基的沉降和側(cè)向位移

　　由圖2可見(jiàn)，隨著填土荷載的加大，地基各個(gè)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(yīng)力減少，其沉降量也呈衰減趨勢(shì)，其發(fā)展趨勢(shì)并沒(méi)有在坡腳處終止，但并不會(huì)很大，而且基本上沒(méi)有很大的變化。

　　由于軟土具有抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透性小等特點(diǎn)，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(qiáng)度低，承載力低，所以受荷后壓縮量大，沉降量超過(guò)一般路堤。

　　②側(cè)向變形大，飽和軟土受荷初期，土中水來(lái)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(jìn)一步發(fā)展。

　　③變形時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)間長(zhǎng)，因此豎向沉降和側(cè)向變形延續(xù)的時(shí)間都很長(zhǎng)。

　　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(jī)理和特點(diǎn)分析及公路軟土地基的大量沉降觀測(cè)資料，總結(jié)出軟土地基沉降變化基本上經(jīng)歷4個(gè)過(guò)程：

　　發(fā)生階段：在對(duì)軟土地基剛加載時(shí)，土體處于彈性狀態(tài)，土中的孔隙水來(lái)不及排出，土體的側(cè)向變形使土體發(fā)生瞬時(shí)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(zhǎng)，荷載不斷加大和時(shí)間的增長(zhǎng)，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(jìn)入彈塑性狀態(tài)，此時(shí)土體的沉降速率增長(zhǎng)很快。

　　穩(wěn)定階段：當(dāng)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(guò)程尚未完全完成，土體的沉降將隨著時(shí)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(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，沉降達(dá)到極限狀態(tài)，沉降量不再增加，沉降速率降為零，此時(shí)的沉降為地基的最終沉降量。

　　6結(jié)語(yǔ)

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

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