破解软基交通设施沉降难题

  我国沿海地区广泛分布着深厚的软弱土，这些地区兴建了大量的高速公路、铁路、机场跑道等工程。这些基础设施在长期运营过程中，易出现过大变形，路面开裂、桥头跳车等问题，不但维护费用高，而且影响行车舒适性，甚至造成交通事故。因此，高速交通等重大工程长期服役性能亟需提升，迫切地需要有效的软弱土地基灾变控制技术。

  浙江大学建工学院蔡袁强研究团队从1998年开始关注这一问题，之后又联合了中国铁建港航局集团有限公司、温州大学、河海大学、广东省公路建设有限公司产学研合作研究软弱土地基上交通基础设施沉降难以控制的“病因”，并提出了针对性的“药方”和“治疗方法”。

  我国沿海软弱土地区交通基础设施常常会“生病”！例如温州机场一期跑道设计沉降控制要求为6cm，但目前，温州机场一期跑道最大沉降已达55cm。杭甬高速公路95年建成至今，最大沉降仍以3～4mm/月发展。

  想为这些交通基础设施“治病”？找到“病因”是研究团队第一步是要解决的问题。高速交通基础设施为何会“生病”？研究团队利用最先进的英国GDS双向动三轴仪、空心圆柱扭剪仪和自主研发的交通荷载模型槽试验设备做了大循环次数的加载试验，发现软弱土在交通荷载的反复作用下会变软，强度也会降低。这种现象在以往的设计中考虑不周，同时传统的加固方法设计按照不足，导致加固达不到预期效果。

  找到了“病因”，研究团队着手为交通基础设施“开药”。控制软弱土变软的最关键的参数是什么？怎么样才可以确定准确的加固范围？研究团队发现“超固结比”是控制软弱土变软的最关键参数，以此为依据提出了基于超固结比的沉降计算方式。“我们得知软弱土存在一个容许的循环应力比，当土所受的循环应力比大于这个容许循环应力比时，土才会快速的变软，导致地基过大沉降。所以容许循环应力比就是确定地基加固范围的钥匙。据此，我们提出了基于容许循环应力比确定加固范围的设计准则”蔡袁强说。

  找到了“病因”，开好“药方”，我们还需要针对性的提出“治疗方法”，也就是配套的地基加固技术。怎么样才可以解决传统的堆载预压法成本高、需要大量土石料、破坏生态环境的技术难题？研究团队针对沿海地区河网密布，水资源丰富的特点，提出了用水代替土石料作为预压荷载的水载预压公路工程工法。与传统方法相比，节约超载砂石料85%以上，每车道5000m/公里，节约造价50%。

  为什么传统的真空预压法效果差？“根本原因是真空度损失大、遇粉砂层需密封墙”。研究团队采用密闭接头将抽真空横管与竖向排水体直接相连，使真空负压直达竖向排水体，大幅度的提升了深层土体的线。

  研究团队获授权发明专利4项、软件著作权4项，获批交通部公路工程工法1项，为4部规范提供了编制依据，明显提高了行业施工和设计水平。发展了土动力学学科，培养了100多位科技、工程技术与管理人才，取得了显著的社会、经济和环境效益，推动了行业科技进步。

  项目成果已应用于27家单位的58项重大工程，范围覆盖浙江、江苏、上海、福建、广东、海南等软弱土地区，获得了交通系统和地方政府部门的高度肯定。