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摘要：高速公路施工质量的要求普遍较高，而施工建设质量关键取决于路基的设计，提高路基设计水平能够保障施工建设质量的需要，在实际环境勘探过程中经常会遇到软土地质的问题。本文对此展开探究，根据高速公路路基设计的实际需求，来探究软土地质环境下的路基设计，提高设计水平，以期为高速公路施工建设提供参考依据。
关键词：高速公路；路基设计；软土地质
引言
经济的发展与城市现代化建设的深入推动了市政交通建设的发展，高速公路总体设计质量要求与一般的公路不同，具有较高的要求与特点。设计依据包括了车速、交通量、通行能力三大要素，且三者互为因果。几何设计标准也与一般的公路差别较大，总体设计考虑的因素比较多，比如要求线路最短距离、过较大山谷建桥跨越、高山越岭线山腰用隧道穿过、山坡较陡路段榜山高架等，也会考虑到征地预留的问题等。在线形与断面的设计上，包含了平、竖曲线的配合、行车道、视距和视野、超高、中央分隔带以及立体交叉等[1]。而总的来说，高速公路的高质量建设始终离不开高水平的路基设计，因此本文具有现实意义。
一、软土土层概述
高速公路路基设计中遇到的软土问题主要是天然含水量比较大、压缩性较高、承载能力比较低的淤泥沉积物所组成的土。外观以灰色为主，天然孔隙比大于或等于1.0，含水量大于夜限细粒土，一般包含了淤泥、粘性土粉土、泥炭等。
1、软土组成与状态特征
软土组成与状态特征主要与其生成环境因素相关，比如形成于水流不通顺、饱和缺氧的静水盆地，这类软土就主要由粘粒与粉粒组成，且含量非常高，一般可以达到30%-60%。其中粘粒矿物成分有水云母以及蒙德石，包含大量的有机质，含量约为5%-15%。由于这些黏土矿物与有机质颗粒表面附着了大量的负电荷，所以与水分子的作用非常剧烈，会在外表形成较厚的结合水膜，并且在沉积的过程中逐渐形成絮状与蜂窝状结构。因此软土的含水量非常大，在公路建设中不加以有效处理将严重影响施工稳定性。
此外，软土的生成环境与粒度、结构特征等影响下，在形成初期会呈现饱和状态，导致在自重的作用下难于压密，所以必然呈现出高孔隙与高含水量，且两个因素随着埋深的增加很发生较小的变化，也就导致软土地质环境整体呈现松软的状态。
2、物理学特性
1）含水量、孔隙：软土的天然含水量一般与其生成环境有关，比如滨海地区能够达到200%以上，高速公路施工建设中不同路段遇到的软土地质环境也不尽相同，一般在50%-70%之间。其液限为40%-60%，且天然含水量会随着液限的增加而增加。天然孔隙比在1-2之间，最大情况能够达到3-4。饱和度通常大于95%，所以含水量与孔隙比呈现直线变化关系，决定了软土的压缩性与抗剪强度。
2）渗透性：软土渗透性比较弱，水平方向的渗透性比垂直方向要大很多。含水量较大且饱和的状态延缓了土体固结过程，且对地基强度造成严重影响。
3）压缩性：软土的压缩性一般都很高，压缩系数一般为0.7-1.5。随着土液限的增加，压缩性也会不断增加，导致建筑荷载作用下呈现变形较大的现象。
4）抗剪强度：软土抗剪强度一般较低，与排水固结条件关系紧密，排水条件下的抗剪强度会随着固结程度的增加而增加[2]。
二、高速公路软土地基设计
1、设计原理
鉴于高速公路路基质量的需求，一般对软土地基的设计与处理有两种方式，第一是通过改进软土地基的土体结构比例来降低含水量，增加土壤成分。这种处理方式能够保障地基与外界荷载、水文环境相适应，比如土壤压实、土壤置换、强夯软土、堆载预压等，通过不同的排水措施来降低含水量。第二是通过地基的固化方式来提升软土地基的抗变形性与挤压性。这种方法通常采用水泥与石灰原料，直接改变软土的土体结构强度，进而增强抗变形性，比如软土地基水泥搅拌桩、水泥粉喷桩等。
2、极限高度设计
高速公路建设中，软土组成成分多为粉质粘土或淤泥，该类土质具有非常差的物理性质，很难作为高速公路的持力层，厚度一般在12m左右。在软土层厚度比较高的情况下，可以采用该计算公式进行极限高度的计算：
该计算公式中，NS表示稳定因素。
如果遇到了软土层厚度结构不均匀的情况，一般采用这两种公式计算极限高度难免会出现比较大的误差，所以在施工现场环境许可的情况下，可以采用填筑路堤试验进行极限高度的确定。
3、软土地基处理设计
本文不引用具体实例，因此对多种常用的软土地基处理方法展开探析：
1）垫层法：当建筑物基础下持力土层比较软弱，不能满足设计荷载或变形的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或者把表面部分软弱土层挖去，置换成强度较大的砂石素土等，处理地基表层，这类方法叫做垫层法。在垫层的设置过程中，应当根据实际情况选用相应的材料，包括砂砾、灰土等。
2）换填法：换填法是将基础地面以下一定范围内的软弱土挖去，然后回填强度高，压缩性较低，并且没有侵蚀性的材料的方法。主要利用稳定性比较好的土体与石头回填并进行压实、夯实。在高速公路路基施工中，可以挖掘天然砂砾进行回填，一般开挖深度控制在2m以内，采用分层填筑、压实与检测的方法，改变软土地基的承载力特性，进而提高稳定性，确保高速公路的安全稳定。换填法具有较高的实用性，能够提高承载力、减少沉降量、加速排水固结、防止冻胀、消除胀缩作用、消除湿陷作用等。
3）排挤法：在高速公路遇到淤泥地段时，比如水塘、鱼池等地段，会遇到淤泥压缩性非常大、含水量非常高的软土，这时候建议采用排挤法进行处理，一般有两种形式：抛石排挤、爆炸排挤。
4）表层排水法：对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。
5）添加剂法：当软基表层为粘性土的时候，需要适当掺入添加剂，从而改善地基的压缩性能以及强度特性，确保施工机械的畅通运行，并提高填土固结效果。一般包括生石灰、熟石灰以及水泥等添加材料，能够起到化学性固结作用，提高土体结构的整体稳定性。
4、排水设计
在高速公路施工建设中，如果遇到了蓄水能力比较高的地段，必须加以排水设计，避免高速公路长时间投入运营后，蓄水区段的水资源对软土地基造成不稳定的影响，所以排水系统的设计一般要结合实际的地段环境与当地情况等。高速公路排水系统主要由路基排水、路面排水以及中央分隔带排水组成，排水沟渠的设计要符合软土地质结构条件与水文环境等，合理控制坡度、边沟截面尺寸与形状、表面积粗糙程度等，应当根据可能积水面积与排水设计标准来确定沟渠的尺寸。软基排水设计采用板桩+碎石垫层+超载预压的方案，并在垫层与边沟交界处铺一层碎石，厚度控制在10-15cm。
结语
综合全文，高速公路各路段路基的设计水平直接决定了高速公路施工建设质量与后期投入运营的稳定性、安全性、经济性等。在高速公路建设中，经常会遇到软土地质，应当因地制宜根据实际环境制定合理的地基设计方案，采用相应的软土地基处理方法，改善软土含水量，提高软土地基结构强度，确保高速公路功能的稳定。
参考文献
[1]韦丁学.略论软土地质环境下高速公路路基设计[J].建筑工程技术与设计，2015(27)：46-47.
[2]付宓.高速公路软土路基设计的探讨[J].科技展望，2015(7)：113-114.
论文作者:李俊杰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/22
标签：高速公路论文; 含水量论文; 路基论文; 土地论文; 压缩性论文; 环境论文; 地基论文; 《防护工程》2017年第12期论文;