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用彈性模量過渡處理路基沉陷
導(dǎo)語：一般地講，對彈性體施加一個外界作用，彈性體會發(fā)生形狀的改變(稱為“應(yīng)變”)，“彈性模量”的一般定義是：應(yīng)力除以應(yīng)變。材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系(即符合胡克定律)，其比例系數(shù)稱為彈性模量。彈性模量的單位是達(dá)因每平方厘米。“彈性模量”是描述物質(zhì)彈性的一個物理量，是一個統(tǒng)稱，表示方法可以是“楊氏模量”、“體積模量”等。
1前言
路基設(shè)計(jì)的基本要求是既應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，又要經(jīng)濟(jì)合理，而影響路基強(qiáng)度和穩(wěn)定的是水，包括地面水和地下水。一個合理的路基設(shè)計(jì)，都是以作好綜合排水設(shè)計(jì)、形成完整的排水系統(tǒng)為前提，將水?dāng)r截或排出路基以外，這是對一般情況而言的。
公路作為一種露天的人工構(gòu)筑物，它每時每刻都在經(jīng)受著各種自然因素的影響，水既會沖毀路基路面，還會毀壞各種構(gòu)造物，特別是地下水，會造成路基滑移，更容易造成路基土軟化而降低路面的強(qiáng)度，喪失穩(wěn)定性，嚴(yán)重地影響公路的使用質(zhì)量。
2路基沉陷變型因素及處治
造成公路路基沉陷變型的因素很多。如因路基土密實(shí)度差，在外力作用下，路基土就會產(chǎn)生位移，造成路基變型;路基下面的洞隙，也會造成路基變型。有時路線走向靠近或穿越池塘等長年積水路段，路基濕軟變型，即路基土軟弱，也容易路基變型。所謂路基土軟弱，就是在地下水浸泡下，土質(zhì)變軟，基土壓縮性高，孔隙比大，含水量高，強(qiáng)度低。軟弱基土，極易使公路路基產(chǎn)生變型而影響行車安全。因此，必須進(jìn)行治理。對軟弱路基應(yīng)如何進(jìn)行治理呢?設(shè)計(jì)單位在勘測路段后，常規(guī)的方法是簡單地?fù)Q土處理。就是把軟弱部分挖走后，回填以片石或碎石，造價(jià)相當(dāng)昂貴。在這個問題上，我們在施工中，也曾經(jīng)有失敗的教訓(xùn)。即以往我們在處理路基沉陷時，是盲目地在沉陷處填筑片石或先挖去一層軟土后，就將片石直接填筑在軟土層上，這樣作，效果很差，有時甚至還出現(xiàn)了在頭一天填好的片石，經(jīng)汽車輪輾壓后，第二天片石就被陷入土中的現(xiàn)象。
為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)的分析，才使我們意識到：這是因?yàn)檐浲恋膹?qiáng)度很低，相應(yīng)的彈性模量也就很少。而片石的強(qiáng)度高，相應(yīng)的彈性模量也就很大。若將彈性模量很大的片石直接填筑在彈性模量很小的軟土層上，兩層間就形成了一個彈性模量斷層。這樣，當(dāng)作用到片石上的力，未經(jīng)過擴(kuò)散，就直接傳遞到軟土層上，其壓應(yīng)力就大大地超過了軟土層的容許應(yīng)力。所以，車輪就把片石壓進(jìn)了土中。
基于以上分析，后來我們在對軟土路基沉陷的治理時，就根據(jù)材料的強(qiáng)度理論，采用彈性模量過渡的辦法進(jìn)行處治，也就是在上述的彈性模量斷層中，從軟土層到片石層間再增加幾層材料，使其強(qiáng)度由小到大地逐漸增大，其彈性模量由低到高，逐步地過渡到接近片石的彈性模量。這些層次的材料就叫做過渡層(即是在軟土層上，首先填筑一層其強(qiáng)度稍大于軟土強(qiáng)度的石砂或河砂，第二層再填筑強(qiáng)度稍大于石砂或河砂強(qiáng)度的碎石或細(xì)粒礫石，第三層填筑炮渣，最后才填筑拳石或小片石)。于是，就形成了一個多層次的、彈性模量由小到大逐步過渡的結(jié)構(gòu)層。這時，因?yàn)樽饔迷诿嫔系牧Γ筒辉偈峭ㄟ^片石直接傳遞到軟土層上，而是通過各個層次材料的逐步過渡，使作用力經(jīng)過逐漸擴(kuò)散后再傳遞到軟土層上。由于經(jīng)過擴(kuò)散后再傳遞到軟土層上的壓應(yīng)力就小于或等于軟土層的允許應(yīng)力，使軟土層就能夠承受外來的壓力。所以，就不會再出現(xiàn)片石被車輪壓入土內(nèi)的現(xiàn)象。于是，達(dá)到了提高路基強(qiáng)度，消除軟弱路基沉陷的目的。
3路基處治實(shí)例
我們1996年承建國道312線lOkm路基工程，成功處治了這樣一段軟弱路基：
312國道k1251+800(商南富水鎮(zhèn)茶房道班處)，由于長期經(jīng)地下水的浸泡，造成公路約130m長一段路基右半幅沉陷，嚴(yán)重影響交通。1996年10月我們對這段路基進(jìn)行了處理。
初步設(shè)計(jì)的施工方案是：將軟土清除，在硬土層上填石。但在施工中，當(dāng)挖開面層后，發(fā)現(xiàn)路基土并不是硬土，而是黑色的稀泥，(原狀土為早期稻田)，繼續(xù)挖下1.5m深時是稀泥。用鋼釬進(jìn)行探試，插下1.5m深，仍不見底。這樣，若再往下挖，既增大了工程量，延長了工期，還會嚴(yán)重地影響交通。于是便改變施工方案，采用彈性模量過渡的辦法進(jìn)行處治，盡量不擾動下面的土層。
具體作法是：首先，在稀泥土層上填筑一層厚50cm的河砂，其次，再填筑一層厚30cm的細(xì)粒礫石，第三層填筑泡渣20cm，第四層才用小片石填筑20cm，最后才鋪筑路面。經(jīng)這樣處理后，經(jīng)四年來的通車檢驗(yàn)，到現(xiàn)在該路基使用良好。
運(yùn)用彈性模量過渡這種辦法處理公路軟土路基沉陷，在我市國道312線七個縣(區(qū))改善工程中得到充分使用，價(jià)格低廉，效果又好。在剛剛結(jié)束的交通部對312線文明樣板路驗(yàn)收中得到充分肯定，在我市得到廣泛運(yùn)用。
4結(jié)束語
我國基建程序是工程未批準(zhǔn)立項(xiàng)前，資金往往未到位，征地也沒有依據(jù)，工程難以開工。一旦上馬，又由于工期緊迫，而不得不采取一些處理措施，以加速地基排水、固結(jié)，達(dá)到穩(wěn)定。
軟土地區(qū)路堤施工應(yīng)盡早安排，一般提倡充裕時間，采取路堤自然沉降，求得固結(jié)，逐漸趨于穩(wěn)定。力求少花或不花錢取得進(jìn)行深層地基處理的效果，即達(dá)到“以時間換金錢”的目的。
軟土地基路堤施工，也同一般地區(qū)路堤施工一樣，在施工時要對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和核對。但由于軟土路基需要作些處理工程，故特別強(qiáng)調(diào)對不符合實(shí)際情況的設(shè)計(jì)內(nèi)容，不僅需要進(jìn)行修改設(shè)計(jì)，而且要作些補(bǔ)充地質(zhì)勘察工作，以保證修改設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
軟土地區(qū)地表面層往往一般有厚度不等的硬殼層它可以使路堤底部所受應(yīng)力得到擴(kuò)散，起到最佳支承作用。施工時應(yīng)盡量減少對硬殼層的損壞，應(yīng)加以保護(hù)，并充分利用，運(yùn)用彈性模量過渡辦法，進(jìn)行正確處理、施工，提高經(jīng)濟(jì)效益。
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