摘要：针对于公路建设过程中经常会遇到大量的软土地基，介绍了公路地基沉降的变形机理、变形组成、变形特点以及变形规律。
关键词：软土地基,沉降,机理,规律
1概述
公路建设中常常会遇到大量的不良地基问题。软土地基的承载力低，压缩性强，外荷载作用下会产生较大的变形。填石地基或者土石混填地基自重大，容易引起较大沉降。而过大的沉降或沉降差会影响路面的平整度、公路线性上的平流顺畅及路面结构的稳定性。
2公路软土地基沉降变形机理
在软土地基上兴建高等级公路通常需要填筑一定高度的路堤，在路堤荷载作用下，在地基内部将产生应力和固结变形，这种由于土的压缩性构成了地基沉降的主要原因。
土体受力后引起的变形可分为体积变形和形状变形。体积变形主要由正应力引起，它只会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏。而形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的。
所谓有效，是指对引起压缩和产生强度有效，有效应力是粒间传递的总荷载与土体总截面积之比。孔隙水压力可分为两部分：一是静水压力，在荷载施加之前就存在于地基中，另一是超孔隙水压力，是外荷载引起的孔隙水压力的增量。
3公路软土地基沉降变形组成
软土地基沉降包括堤身及地基两部分，经典土力学认为地基沉降包括瞬时沉降Si、主固结沉降Sc、次固结沉降Ss三部分。则软土地基的最终沉降量为S= Si +Sc+Ss。如图1所示。
图1 地基沉降的三个组成部分
(1)瞬时沉降
瞬时沉降是外部荷载加上的瞬间，饱和土中孔隙水尚来不及排出时所发生的沉降。此时土体只发生形变而没有体变。瞬时沉降与加载方式和加载速率有很大的关系。这是由于不同加载时刻，土中有效应力随着土体的固结而增大，土体的
变形模量相应增大的缘故。
(2)固结沉降
荷载置于地基土上后，随着时间的延续。荷载不变而地基上中的孔隙水逐渐排出过程中所发生的沉降。它是由于外荷载引起超孔隙水压力的水力梯度促使水从土体内排出，而应力增量转移到土体骨架上而发生沉降，它与时间有关，且主要发生体积的变化。
(3)瞬时沉降
对于瞬时沉降而言，瞬时固结不导致孔隙水的排出，但不等于可以将软土看成弹性体而认为其导致的变形是瞬时完成的。瞬时沉降与加载方式和加载速率有很大的关系，如采用瞬时一次加载方式时，地基的瞬时沉降量比均匀加载的情况要大的多。这主要是由于增量加载的时刻，土中有效应力随土体的固结而增大，土体的变形模量也相应增大。因此，瞬时沉降实质并非“瞬时”，而是不排水的侧向挤出而产生的位移变形沉降，而且，侧向挤出产生的沉降也并非瞬时能完成，也能延续相当长的时间。
4公路软土地基沉降变形特点
基础沉降量的大小，首先与土的压缩性有关，易于压缩的土，基础的沉降大。其次，与作用在基础上的荷载性质和大小有关。一般而言，荷载愈大，相应的基础沉降也愈大;而偏心或倾斜荷载所产生的沉降差要比中心荷载产生的大。
图2 软基的沉降和侧向位移
由图2可见，随着填土荷载的加大，地基各个部位都有不同的沉降量，路中心沉降量最大，路肩次之，坡角处沉降量最小。其沉降曲线形状类似于盆底状，在接近路肩处至坡脚处，由于荷载应力减少，其沉降量也呈衰减趋势，其发展趋势并没有在坡脚处终止，但并不会很大，而且基本上没有很大的变化。
由于软土具有抗剪强度低、压缩性高、渗透性小等特点，软土地基在荷载作用下，引起的地基沉降，一般具有以下变形特征：
①沉降量大，由于软土主要由粘粒和粉粒组成，其中粘粒含量很高，其天然含水量大，孔隙比大于1.5，抗剪强度低，承载力低，所以受荷后压缩量大，沉降量超过一般路堤。
②侧向变形大，饱和软土受荷初期，土中水来不及排出，土体易于发生侧向挤出，并随着水的逐步排出，土体体积收缩，竖向沉降进一步发展。
③变形时间长，由于软土本身的性质以及较大的软土厚度，孔隙水消散缓慢，并且下部软土排水较困难，使得固结时间长，因此竖向沉降和侧向变形延续的时间都很长。
5公路软土地基沉降变形规律
根据软土地基沉降变形的机理和特点分析及公路软土地基的大量沉降观测资料，总结出软土地基沉降变化基本上经历4个过程：
发生阶段：在对软土地基刚加载时，土体处于弹性状态，土中的孔隙水来不及排出，土体的侧向变形使土体发生瞬时剪切变形，在荷载增加的最初阶段，软土地基的侧移速率较大，沉降呈线性增加。
发展阶段：随着填土高度的增长，荷载不断加大和时间的增长，地基土中的孔隙水逐渐排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体逐渐压密产生体积压缩变形，进入弹塑性状态，此时土体的沉降速率增长很快。
稳定阶段：当加载完成后，荷载不再增加，孔隙压力不断减小并接近完全消散，固结过程尚未完全完成，土体的沉降将随着时间的推移而继续增加，沉降速率逐渐变小，土体不断发生固结。
极限阶段：当时间足够长时，沉降达到极限状态，沉降量不再增加，沉降速率降为零，此时的沉降为地基的最终沉降量。
6结语
软土地基是一种不良地基，研究公路软土地基沉降变形机理及施工控制，对保证高速公路建设质量、正常运营以及延长公路的使用寿命具有重要的意义。
参考文献
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[2] 马俊,地基沉降量计算分析[D],山东大学硕士学位论文，2006
[3] 梁中天，软土地基处理方法探讨[J],科技情报开发与设计，2008(36)
