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摘 要：针对江苏省沿江地区特殊的地形特征和土质结构，详细分析该区域高速公路路基设计中应重点关注的问题，避免由于生搬硬套路基设计规范造成的高速公路质量问题。为其他类似江苏沿江地区地质结构区域的高速公路路基设计提供参考。
关键词：沿江 路基 设计
中图分类号：U2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（b）-0062-02
长江自西向东横贯江苏省境内，分布于长江南北的高速公路处于特殊的地理位置—— 长江三角洲冲积平原，该区域平均填高为3～4 m，南岸多为粘土及粉性亚粘土，北岸多为粉砂性亚粘土。
鉴于其他省份沿江高速公路质量问题频发，给当地交通带来诸多不便，影响当地经济发展，增加政府基础设施投资负担，笔者结合江苏省沿江高速公路的实际，对路基设计提出一些自己的见解。
1 软土路基设计原则
软土地基上公路路基的设计包括沉降计算、稳定验算及其相应的处治方法的设计；施工中的沉降与侧向位移（稳定）观测的技术要求应作为设计内容。在进行软土路基设计时应遵循以下原则[1]。
（1）路基在施工期间和使用期间应是稳定的，不因填筑荷载、施工机械和交通荷载的作用而引起破坏，也不应给桥台、涵洞、挡土墙等构造物及沿线各种设施带来过大的变形。（2）为避免路基沉降造成涵洞、挡土墙等构造物变形破坏，应首先考虑提前填筑路基，在其充分沉降后再修筑构造物的方案。（3）为避免路面的变形破坏，以及连接桥梁、涵洞等构造物的引道路基产生不均匀沉降，公路应严格控制在规定年限内的工后剩余沉降量。（4）在软土层厚且沉降历时较长的地区及大范围的软土地区，有时很难使工后剩余沉降量控制在要求的范围内，或者虽能控制但极不经济时，则应考虑设置桥头搭板、铺筑临时性路面、加强养护的分期修建方案。（5）在没有一定厚度硬壳层的软土地基上，不宜直接修筑填土高度小于2～2.5 m的低路基。这种低路基在交通荷载作用下，可使路面发生较大的不均匀沉降，特别是当软土地基不均匀，重型车辆交通量较大时，更加明显。（6）为保证路基稳定或控制工后剩余沉降，均需采取相应的处理措施。在选择处理措施时，应考虑地基条件、公路条件及施工条件，尤其要考虑处理措施的特点、对地基的适用性和效果，以确定符合要求的处理措施。
2 常州至太仓段路基设计分析
江苏沿江高速公路常州至太仓段工程曾获得第七届中国土木工程詹天佑奖，是江苏省“四纵四横四联”高速公路网的重要组成部分。整个工程起于武进区湖塘镇，止于江苏与上海交界处的新浏河，全长134.67 km。路基宽度：董浜枢纽以西100.845 km四车道28 m，董浜枢纽以东33.825 km六车道35 m。该工程采用了多项新技术，进行了一系列科技创新，例如“长久性路面”，“沥青上面层石料适应性”等[2]。
江苏省常州市至太仓市路段位于长江南岸，整个高速公路工程路基为软土基。由于软土具有高含水量、高液限、低密度、低强度、高压缩性、低透水性，高灵敏度的特点，因此路基的稳定性和沉降必须得到有效的控制。合理而有效地对这些软土路基进行设计成为建设高质量、高标准公路的关键问题之一。以下分析常州至太仓段高速公路在路基设计方面在笔者认为可以采取的两种做法。
（1）对江苏沿江高速公路常州至太仓段路基设计中应充分考虑其地质条件为软土，因此在设计中应采取对土基掺石灰以提高路基的强度。
根据研究，沿江地区公路路基工程中掺入石灰量为5%～8%为宜。一般将土中掺入了石灰石烧成的生石灰（CaO）或其水化反应生成物（主要为Ca（OH）2）后称为石灰土，经粉碎、拌匀、压实等工序后称为石灰稳定土。石灰稳定土有以下特性：石灰对土中粘性产生塑化作用，使土塑性指数变小，在石灰作用下，土的塑限增大而液限减小，同时其极限收缩量变小。粉质中液限粘土在掺灰2%、4%、6%、8%时的塑性表现及极限收缩情况如图1，2所示。
灰土强度石灰的掺入量不成线性关系，即并非掺入的石灰越多，路基的强度越高。当掺灰量超过最佳量之后多余石灰极低的摩阻能力反而使得强度下降。因此针对常州至太仓段高速公路工程土基的勘察结果应当选择合适的掺灰比以保证路基强度达到设计标准。根据数据，该段工程的掺灰量应控制在6%～8%为宜。
另外，石灰稳定土的强度还与固化时间和固化温度等因素有关。具体关系如图3，4所示。
需要说明的是，图3中软土掺入石灰后固化时间与强度之间的关系是在其他因素保持稳定的情况下得出的，同理，图4表示的关系也是只有温度是变量的情况下得出的。常州至太仓段高速公路的路基设计中应充分将这两幅图展现的关系考虑进去，选择适宜的施工季节和正确的养护时间长度。
（2）排水固结法。
排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。主要有以下几种施工方法。
①堆载预压法。
在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降。
一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。
为了加速堆载预压地基固结速度，常与砂井法同时使用，称为砂井堆载预压法。沙井法适用于渗透性较差的软弱粘性土，对于渗透性良好的砂土和粉土，无需用砂井排水固结处理地基；含水平夹砂或粉砂层的饱和软土，水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。 ②真空预压法。
真空预压指的是砂井真空预压。即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫及砂井进行抽气，使地下水位降低，同时在地下水位作用下加速地基固结。亦即真空预压是在总压力不变的条件下，使孔隙水压力减小、有效应力增加而使土体压缩和强度增长。
③降水预压法。
即用水泵抽出地基地下水来降低地下水位，减少孔隙水压力，使有效应力增大，促进地基加固。降水预压法特别适用于饱和粉土及饱和细砂地基。
④电渗排水法。
即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。
目前的实际应用中，降水预压法和电渗排水法使用得较少。
根据施工条件及各方面因素的成熟度，常州至太仓段高速公路在设计之初亦可考虑运用排水固结法来提高路基强度，防止工程建成后出现因沉降而导致的路面开裂等状况。
3 结语
高速公路是带动我国各地经济均衡快速发展的重要桥梁，随着城镇化进程的加快及国家大力发展经济，高速公路建设在我国每年都成倍增加。而由于我国地缘辽阔，地形地貌和地质结构差异性较大，因此无法将某一套设计方案应用于所有高速公路，文章选取曾获得第七届中国土木工程詹天佑奖的常州至太仓段高速公路工程路基设计这个特定的对象，重点分析了该工程所处区域的地质条件，因地制宜地提出了路基设计方案中应该注意的问题。虽然该工程已建成，但针对该区域软土基的分析以及提出的解决方案能够为其他类似地质条件的高速公路工程路基设计提供参考，具有一定的理论和实用价值。
文章仅为笔者从业多年来的部分经验和自己将理论与实践结合的想法，能够从理论层面为软土基区域高速公路路基设计打开一些思路，相信今后在所有高速公路从业人员的共同努力之下将我国高速公路的设计和建设水平提高至国际领先地位。
参考文献
[1] 袁照杰.公路工程中软土路基设计与处理的探讨[J].广东科技，2012，1.
[2] 周应华，缪胜林，杨有辉.关于公路软土路基设计中几个问题的探讨[J].交通标准化，2007，12.
关键词：沿江 路基 设计
中图分类号：U2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（b）-0062-02
长江自西向东横贯江苏省境内，分布于长江南北的高速公路处于特殊的地理位置—— 长江三角洲冲积平原，该区域平均填高为3～4 m，南岸多为粘土及粉性亚粘土，北岸多为粉砂性亚粘土。
鉴于其他省份沿江高速公路质量问题频发，给当地交通带来诸多不便，影响当地经济发展，增加政府基础设施投资负担，笔者结合江苏省沿江高速公路的实际，对路基设计提出一些自己的见解。
1 软土路基设计原则
软土地基上公路路基的设计包括沉降计算、稳定验算及其相应的处治方法的设计；施工中的沉降与侧向位移（稳定）观测的技术要求应作为设计内容。在进行软土路基设计时应遵循以下原则[1]。
（1）路基在施工期间和使用期间应是稳定的，不因填筑荷载、施工机械和交通荷载的作用而引起破坏，也不应给桥台、涵洞、挡土墙等构造物及沿线各种设施带来过大的变形。（2）为避免路基沉降造成涵洞、挡土墙等构造物变形破坏，应首先考虑提前填筑路基，在其充分沉降后再修筑构造物的方案。（3）为避免路面的变形破坏，以及连接桥梁、涵洞等构造物的引道路基产生不均匀沉降，公路应严格控制在规定年限内的工后剩余沉降量。（4）在软土层厚且沉降历时较长的地区及大范围的软土地区，有时很难使工后剩余沉降量控制在要求的范围内，或者虽能控制但极不经济时，则应考虑设置桥头搭板、铺筑临时性路面、加强养护的分期修建方案。（5）在没有一定厚度硬壳层的软土地基上，不宜直接修筑填土高度小于2～2.5 m的低路基。这种低路基在交通荷载作用下，可使路面发生较大的不均匀沉降，特别是当软土地基不均匀，重型车辆交通量较大时，更加明显。（6）为保证路基稳定或控制工后剩余沉降，均需采取相应的处理措施。在选择处理措施时，应考虑地基条件、公路条件及施工条件，尤其要考虑处理措施的特点、对地基的适用性和效果，以确定符合要求的处理措施。
2 常州至太仓段路基设计分析
江苏沿江高速公路常州至太仓段工程曾获得第七届中国土木工程詹天佑奖，是江苏省“四纵四横四联”高速公路网的重要组成部分。整个工程起于武进区湖塘镇，止于江苏与上海交界处的新浏河，全长134.67 km。路基宽度：董浜枢纽以西100.845 km四车道28 m，董浜枢纽以东33.825 km六车道35 m。该工程采用了多项新技术，进行了一系列科技创新，例如“长久性路面”，“沥青上面层石料适应性”等[2]。
江苏省常州市至太仓市路段位于长江南岸，整个高速公路工程路基为软土基。由于软土具有高含水量、高液限、低密度、低强度、高压缩性、低透水性，高灵敏度的特点，因此路基的稳定性和沉降必须得到有效的控制。合理而有效地对这些软土路基进行设计成为建设高质量、高标准公路的关键问题之一。以下分析常州至太仓段高速公路在路基设计方面在笔者认为可以采取的两种做法。
（1）对江苏沿江高速公路常州至太仓段路基设计中应充分考虑其地质条件为软土，因此在设计中应采取对土基掺石灰以提高路基的强度。
根据研究，沿江地区公路路基工程中掺入石灰量为5%～8%为宜。一般将土中掺入了石灰石烧成的生石灰（CaO）或其水化反应生成物（主要为Ca（OH）2）后称为石灰土，经粉碎、拌匀、压实等工序后称为石灰稳定土。石灰稳定土有以下特性：石灰对土中粘性产生塑化作用，使土塑性指数变小，在石灰作用下，土的塑限增大而液限减小，同时其极限收缩量变小。粉质中液限粘土在掺灰2%、4%、6%、8%时的塑性表现及极限收缩情况如图1，2所示。
灰土强度石灰的掺入量不成线性关系，即并非掺入的石灰越多，路基的强度越高。当掺灰量超过最佳量之后多余石灰极低的摩阻能力反而使得强度下降。因此针对常州至太仓段高速公路工程土基的勘察结果应当选择合适的掺灰比以保证路基强度达到设计标准。根据数据，该段工程的掺灰量应控制在6%～8%为宜。
另外，石灰稳定土的强度还与固化时间和固化温度等因素有关。具体关系如图3，4所示。
需要说明的是，图3中软土掺入石灰后固化时间与强度之间的关系是在其他因素保持稳定的情况下得出的，同理，图4表示的关系也是只有温度是变量的情况下得出的。常州至太仓段高速公路的路基设计中应充分将这两幅图展现的关系考虑进去，选择适宜的施工季节和正确的养护时间长度。
（2）排水固结法。
排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。主要有以下几种施工方法。
①堆载预压法。
在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降。
一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。
为了加速堆载预压地基固结速度，常与砂井法同时使用，称为砂井堆载预压法。沙井法适用于渗透性较差的软弱粘性土，对于渗透性良好的砂土和粉土，无需用砂井排水固结处理地基；含水平夹砂或粉砂层的饱和软土，水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。 ②真空预压法。
真空预压指的是砂井真空预压。即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫及砂井进行抽气，使地下水位降低，同时在地下水位作用下加速地基固结。亦即真空预压是在总压力不变的条件下，使孔隙水压力减小、有效应力增加而使土体压缩和强度增长。
③降水预压法。
即用水泵抽出地基地下水来降低地下水位，减少孔隙水压力，使有效应力增大，促进地基加固。降水预压法特别适用于饱和粉土及饱和细砂地基。
④电渗排水法。
即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。
目前的实际应用中，降水预压法和电渗排水法使用得较少。
根据施工条件及各方面因素的成熟度，常州至太仓段高速公路在设计之初亦可考虑运用排水固结法来提高路基强度，防止工程建成后出现因沉降而导致的路面开裂等状况。
3 结语
高速公路是带动我国各地经济均衡快速发展的重要桥梁，随着城镇化进程的加快及国家大力发展经济，高速公路建设在我国每年都成倍增加。而由于我国地缘辽阔，地形地貌和地质结构差异性较大，因此无法将某一套设计方案应用于所有高速公路，文章选取曾获得第七届中国土木工程詹天佑奖的常州至太仓段高速公路工程路基设计这个特定的对象，重点分析了该工程所处区域的地质条件，因地制宜地提出了路基设计方案中应该注意的问题。虽然该工程已建成，但针对该区域软土基的分析以及提出的解决方案能够为其他类似地质条件的高速公路工程路基设计提供参考，具有一定的理论和实用价值。
文章仅为笔者从业多年来的部分经验和自己将理论与实践结合的想法，能够从理论层面为软土基区域高速公路路基设计打开一些思路，相信今后在所有高速公路从业人员的共同努力之下将我国高速公路的设计和建设水平提高至国际领先地位。
参考文献
[1] 袁照杰.公路工程中软土路基设计与处理的探讨[J].广东科技，2012，1.
[2] 周应华，缪胜林，杨有辉.关于公路软土路基设计中几个问题的探讨[J].交通标准化，2007，12.