土石混填高填方路基施工期沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果及規(guī)律研究

馬立綱，楊義鵬

(1.河北省高速公路承赤籌建處，河北 承德　067000；2.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,天津　300401)

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土石混填高填方路基施工期沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果及規(guī)律研究

馬立綱1，楊義鵬2

(1.河北省高速公路承赤籌建處，河北 承德067000；2.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,天津300401)

摘要：針對(duì)實(shí)際工程 ,對(duì)土石混填高填方路堤的沉降的監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)述，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析,對(duì)施工期高填方路堤的沉降規(guī)律進(jìn)行了研究。運(yùn)用有限元軟件對(duì)高填方路堤施工期沉降進(jìn)行了模擬，模擬得出的沉降變形規(guī)律與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的規(guī)律基本相符，可以有效地指導(dǎo)施工。

關(guān)鍵詞：高填方路堤；監(jiān)測(cè)；有限元

1工程概況

承赤高速公路屬大陸性季風(fēng)氣候，區(qū)域?qū)傺嗌降夭?，境?nèi)地形復(fù)雜。大部位于以變質(zhì)巖為主的低山重丘陵地區(qū)，僅南部位于以火成巖為主的低山重丘。實(shí)驗(yàn)路段全線位于河北省承德市境內(nèi)，選取承赤高速的第七合同標(biāo)段，位于雙峰寺，均為土石混填高填方路基路段。年降雨量在500～650 mm左右，項(xiàng)目區(qū)域最大凍土深度1.5 m。項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地震基本烈度Ⅵ度。

2監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的的實(shí)際情況，為滿足要求，同時(shí)便于觀測(cè)，我們將承赤第七合同段高填方監(jiān)測(cè)段選定在020#涵洞附近區(qū)域。監(jiān)測(cè)段共設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)斷面2個(gè)。選擇橫剖測(cè)試法進(jìn)行觀測(cè)路基的沉降，其橫斷面和平面如分別如圖1，圖2所示。

測(cè)管埋設(shè)在高填方路基底部，長(zhǎng)約80 m，埋深近17 m，路基沉降采用預(yù)埋監(jiān)測(cè)管，之后用剖面沉降儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖1　測(cè)管橫斷面布置圖

圖2　測(cè)點(diǎn)平面布置示意圖

3數(shù)據(jù)分析與沉降變形規(guī)律研究

試驗(yàn)路段監(jiān)測(cè)時(shí)間從2012年6月到2012年10月，填方高度17 m。為了更加直觀的表示基底沉降值隨時(shí)間的變化規(guī)律，將數(shù)據(jù)處理繪制成圖3，圖4。

圖3　斷面1基底沉降隨時(shí)間變化規(guī)律

圖4　斷面2基底沉降隨時(shí)間變化規(guī)律

由沉降觀測(cè)圖表數(shù)據(jù)分析可以得到如下結(jié)論。

(1)兩幅點(diǎn)線圖中沉降的變化趨勢(shì)基本相似，且發(fā)現(xiàn)每一測(cè)點(diǎn)的沉降變化曲線符合對(duì)數(shù)變化規(guī)律：在路基填筑開(kāi)始后發(fā)生沉降變形，且隨著施工的進(jìn)行，沉降速率逐漸增大，至路基填筑后期，即路基高度接近達(dá)到17 m時(shí)，沉降速率放緩，沉降變形開(kāi)始趨于穩(wěn)定。此時(shí)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的分析確定一個(gè)變形速率，作為施工期路基沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)。

(2)路基同一斷面處沉降以路基中央處為界基本有對(duì)稱性變化規(guī)律，即在路基中央兩側(cè)距路基中央同樣距離處沉降量基本相同，且越靠近路基中間位置，沉降量越大，越接近邊坡測(cè)點(diǎn)處，路基沉降量越小。這一變化規(guī)律就要求，在路基的填筑施工過(guò)程中，重點(diǎn)考慮中部路基的填料壓實(shí)問(wèn)題，即采用更高的壓實(shí)度，避免中部的沉降過(guò)大使路基整體發(fā)生不均勻沉降產(chǎn)生裂縫。

4有限元模擬

4.1有限元計(jì)算模型

本文使用PLAXIS軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)方案建立模型，采用MC(Mohr-Coulomb)屈服準(zhǔn)則，取一半模型進(jìn)行分析，模型路堤面寬度為17 m，高度為17 m。整體模型網(wǎng)格劃分及邊界情況如圖5所示。路堤分為4層填筑，每個(gè)施工步驟填筑一層。第一步為12 d填筑4 m；第二步為12 d填筑5 m；第三步為10 d填筑5 m；第四步為6 d填筑3 m。

圖5　單元網(wǎng)格劃分

4.2模型參數(shù)選取

依據(jù)地勘報(bào)告，并參考《道路交通常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》，選定了相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。全風(fēng)化片麻巖和中風(fēng)化片麻巖的彈性模量E由主固結(jié)儀加載中的切線剛度Eoed(kN/m2)替代，分別為Eoed=330 000 kN/m2和Eoed=300 000 kN/m2。

表1　材料物理力學(xué)參數(shù)

4.3計(jì)算結(jié)果與分析

(1)由圖3可知，路堤的總沉降量隨施工的進(jìn)行不斷增加，但每個(gè)填筑層的沉降量并不相同。第一填筑期的沉降量最小，第三填筑期的沉降量最大，再結(jié)合填筑的工期時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)沉降速率在此階段最大。這與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果基本一致，此階段應(yīng)作為填筑施工階段的重點(diǎn)關(guān)注階段，要求選用適當(dāng)?shù)氖┕すに?，采用較高的壓實(shí)度。如在此階段發(fā)生不均勻沉降導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，可采用灌漿法進(jìn)行處理，會(huì)起到一定的效果。

(2)隨路堤填筑高度的增加，后填筑的土層占總體沉降量的比例在減小，垂直最大位移出現(xiàn)在路堤上部，向下逐漸變小，這表明各層沉降位移積累，至填筑結(jié)束時(shí)的施工期最終總沉降位移出現(xiàn)上部向下逐漸減小的情況。水平方向上垂直位移最大處出現(xiàn)在路堤中部。位移最大值點(diǎn)出現(xiàn)在路堤模型的左上角，極值為208.92 mm。數(shù)值模擬得出的沉降變形規(guī)律與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的規(guī)律基本相符，說(shuō)明有限元模型的可以有效地指導(dǎo)施工

5小結(jié)

(1)在路基填筑開(kāi)始后，路基開(kāi)始發(fā)生沉降變形，且隨著施工的進(jìn)行，沉降速率逐漸增大，至路基填筑后期，即路基高度接近達(dá)到17 m時(shí)，沉降速率放緩，沉降變形開(kāi)始趨于穩(wěn)定。

(2)路基同一斷面處沉降以路基中央處為界基本有對(duì)稱性變化規(guī)律隨路堤填筑高度的增加，后填筑的土層占總體沉降量的比例在減小垂直最大位移出現(xiàn)在路堤上部，向下逐漸變小，水平方向上垂直位移最大處出現(xiàn)在路堤中部。位移最大值點(diǎn)出現(xiàn)在路堤模型的左上角，極值為208.92 mm。數(shù)值模擬得出的沉降變形規(guī)律與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的規(guī)律基本相符，可以有效地指導(dǎo)施工。

參考文獻(xiàn)：

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A study on settlement regularity for earth-rock mixture high rockfill embankment during construction period

MA Li-gang1, YANG Yi-peng2

(1. Construction Office of Chicheng Highway of Hebei Province , Chengde,067000；2. College of Civil Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401)

Abstract:According to the actual project, the earth-rock fill high embankment settlement monitoring schemes are briefly introduced, through the analysis of the monitoring data, the settlement rules of high fill embankment during the construction are studied. The sedimentation process is simulated by using finite element software, the simulation results matched the measured results very well, and the finite element model can effectively guide the construction

Keywords:high rockfill embankment; monitoring; finite element

收稿日期：2016-02-11

作者簡(jiǎn)介：馬立綱(1982-)，男，工程師。

中圖分類號(hào)：TU472.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)05-0007-02