浅析高速公路地基承载力的潜在问题
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摘要：随着经济建设的逐步发展，高速公路建设成为国家基础建设的重点工程，如何改善道路交通及完善路网结构也就尤为重要。地基承载力影响着高速公路的正常运行和安全系数。水分和土质是影响高速公路地基承载力的两个重要的因素。
关键词：高速公路；地基承载力
中图分类号: U412.36+6
引言
随着我国经济建设的飞速发展，高速公路建设正逐步成为国家基础设施建设的重点工程，国家也将会继续加大资金投入进一步改善道路交通及完善路网结构。因此，讨论该如何进一步研究高速公路的铺设以及维护工程中所存在的问题，是非常有实际意义的。在高速公路的施工中，无论在技术上、管理上，也有不少教训，值得我们去反思研讨。而在这么多的问题中，高速公路地基承载力的潜在问题及防治就是其中的重要课题。
1. 地基承载力潜在问题的重要性
高速公路的优越性使其在如今经济社会中起重要的作用。为了完善其功能，进一步扩大其应用，弥补高速公路的不足势在必行。各种土木工程在整个使用年限内都要求地基稳定，要求地基不致因承载力不足、渗流破坏而失去稳定地基容许承载力性，也不致因变形过大而影响正常使用。高速公路的地基承载力是高速公路的建设中相当重要的因素之一。
地基承载力指地基在同时满足变形和强度两个条件下，单位面积所能承受的最大荷载。在荷载作用下，地基要产生变形。随着荷载的增大，地基变形逐渐增大，初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态，具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态，土中应力将发生重分布。高速公路建设中有大量的通道和涵洞等构造物，在高填方地段，填土荷载将在构造物基底产生相当大的压力(可达500 kPa以上)[1]。因此在进行高速公路设计及岩土工程勘察时，均应对其地基承载力问题给予高度重视，也就是说地基承载力的确定成了施工和设计中必须认真考虑的问题。
2. 确定地基承载力的方法
地基承载力的确定问题是一个复杂的问题。虽然，在传统意义上确定方法己经相当成熟，然而由于传统方法存在大量的假设，各地的地质背景又不尽相同，使得目前许多实际工程当中使用的地基承载力值偏低或偏高，从而造成了不必要的浪费或工程隐患。因此，有针对性的确定地基承载力是非常必要的。
地基承载力可以根据地基容许承载力的方法来确定，可以根据临界荷载的方法来确定，也可以根据极限荷载的方法来确定。具体确定方法包括原位试验法、理论公式法、规范表格法和当地经验法。
2.1 原位试验法（in-situ testing method）：
原位试验法包括（静）载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，是一种通过现场直接试验确定承载力的方法。其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。可以测定难于取得不扰动土样的有关工程力学性质；可避免取样过程中应力释放的影响；影响范围大，代表性强。然而影响原位测试成果的因素较为复杂，使得对测定值的准确判定造成一定的困难。
2.2 理论公式法（theoretical equation method）：
理论公式法是根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力的方法。该方法可以通过计算得出承载力，简单方便，然而土的抗剪强度的影响因素很多，因此用理论公式法算得承载力较为局限。
2.3 规范表格法（code table method）：
规范表格法是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标，通过查规范所列表格得到承载力的方法。规范不同（包括不同部门、不同行业、不同地区的规范），其承载力不会完全相同，应用时需注意各自的使用条件。
2.4 当地经验法（local empirical method）：
当地经验法是一种基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力的方法。这种方法推算承载力也较方便快速，但是由于经验的准确性无法量化，它只能充当一种宏观辅助方法。
目前，在土木工程建设中，确定地基承载力的方法较多，但对于中小型工程，因建设资金等因素的制约，一般均采用规范法[2]确定地基承载力。规范表格法相比于原位试验法跟加快速，工作量相对较少；而与理论公式法和当地经验法相比，由于有试验数据的支撑，规范表格法更为准确，且说服力更强。
3. 影响高速公路地基承载力的潜在因素
高速公路的地基承载力与土质和含水量有关。采用规范法可确定地基承载力，对于粉土，按天然含水量ω0和天然孔隙比e0查规范中的表得地基承载力；对于粘性土，按天然含水量ω0与液性指数II。查表可得粘性土土质的地基承载力[3]。
3.1 水分对地基承载力的影响
当高速公路修建后，因蓄水而使地基土的含水量增大，故承载力降低。若设计高速公路时，以天然地基承载力作为设计值，就会使建筑物的安全系数减小，甚至造成地基失稳、高速公路断裂等严重事故，直接威胁到人身安全和财产安全。例如，朝赤高速公路土质对含水量的变化极为敏感，即在土质含水量低时，土的承载力较高，而当其含水量增加时，承载力随之急剧下降，压缩性增加，不能满足高速公路对路基的要求，势必产生路基病害。因此，在设计高速公路时，需要考虑蓄水情况下的地基承载力，保证高速公路在该情况下能够正常的运行。令外，在铺设高速公路的同时，其相关辅助设施（如排水设施）的高效运行也是保证地基承载力相对稳定的重要因素。
3.2 土质对地基承载力的影响
在我国，膨胀土和软土在土质对地基的影响最大。在高速公路建设中，土质的勘察是相当重要的环节，只有确定了土质，才能采取相应方案以保证地基承载力。
3.2.1 膨胀土
膨胀土指的是具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘土，它主要由强亲水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。其一是土中含有较多的粘粒，而粘粒中又含有较多亲水性较强的蒙脱石或伊利石；二是具有特殊的膨胀结构。膨胀土对公路的危害具有多次反复性，在坚硬状态下该土的工程性质较好，但其显著地涨缩特性可使路基发生变形、位移、开裂、隆起等严重破坏。为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度，达到安全.舒适行车的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。
3.2.2 软土
国内软土地基分布广泛，指强度低，压缩量较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。软土有着高含水量、孔大隙比、高压缩性、小压缩模量、低承载力等特性。为了提高该段公路路基的稳定性和承载能力，铺设高速公路路基之前，需要对软土路基进行相应的处理。加固土桩法，通过土体桩和桩间软土形成复合地基可提高地基承载力。软土地区修筑高速公路，由于软土压缩性大、含水量高、强度低等特点，造成施工过程的安全风险比较大，工程条件很差。因此，软土地基路堤施工期间，应该根据场地软土的特点，进行施工安全监控，尽量控制地基沉降变形，只有这样才能确保施工进度和施工质量。
3.2.3 湿陷性黄土
湿陷性黄土是指在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。湿陷性黄土又分为非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土。非自重湿陷性黄土是在上覆土的自重压力下受水浸湿，不发生显著附加下沉的湿陷性黄土；自重湿陷性黄土是在上覆土的自重压力下受水浸湿，发生显著附加下沉的湿陷性黄土。在诸多增强高速公路地基承载力的方法中，改良基床底层填料已成为提高高速公路路基质量的关键问题，往往建议采用挤密法对黄土进行技术处理。挤密法是处理地下水位以上新近堆积黄土、湿陷性黄土、杂填土和素填土的一种地基加固方法，主要是通过“挤压”作用使地基土得到加密，并利用打入钢套管在地基中成孔，最终在孔中分层填入素土后夯实而成土桩，这种方法属于柔性桩，与桩间同形成复合地基。
结论与建议
( 1 ) 本文分析了地基承载力存在的一些问题，并提出了确定地基承载力的方法。
( 2) 具体分析了水分、土质对地基承载力的影响。
本文抛砖引玉, 提出问题, 旨在引起工程界和学术界对地基承载力确认方法的重视和影响因素。所建议的地基承载力确定方法, 还有待于工程验证和进一步完善。
参考文献
[1] 杨杰．高速公路路堑边坡加固预应力锚索施工技术与质量制[J]. 岩石力学与工程学报，2003, 22(2): 2759-2764．
[2] 现行建筑结构规范大全，第四册．北京：中国建筑工业出版社，1991.
[3] 秦植海, 低地下水位地区小型水坝地基承载力的确定[J]. 河北工程技术高等专科学校学报, 1997(4):19-23.
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