土石混填高填方路基施工期沉降監測結果及規律研究

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.河北工業大學土木工程學院,天津　300401)

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土石混填高填方路基施工期沉降監測結果及規律研究

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.河北工業大學土木工程學院,天津300401)

摘要：針對實際工程 ,對土石混填高填方路堤的沉降的監測方案進行了簡述，通過對監測數據的整理分析,對施工期高填方路堤的沉降規律進行了研究。運用有限元軟件對高填方路堤施工期沉降進行了模擬，模擬得出的沉降變形規律與現場實驗數據得出的規律基本相符，可以有效地指導施工。

關鍵詞：高填方路堤；監測；有限元

1工程概況

承赤高速公路屬大陸性季風氣候，區域屬燕山地槽，境內地形復雜。大部位于以變質巖為主的低山重丘陵地區，僅南部位于以火成巖為主的低山重丘。實驗路段全線位于河北省承德市境內，選取承赤高速的第七合同標段，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，項目區域最大凍土深度1.5 m。項目區域內地震基本烈度Ⅵ度。

2監測方案

根據現場場地的的實際情況，為滿足要求，同時便于觀測，我們將承赤第七合同段高填方監測段選定在020#涵洞附近區域。監測段共設置沉降監測斷面2個。選擇橫剖測試法進行觀測路基的沉降，其橫斷面和平面如分別如圖1，圖2所示。

測管埋設在高填方路基底部，長約80 m，埋深近17 m，路基沉降采用預埋監測管，之后用剖面沉降儀進行監測。

圖1　測管橫斷面布置圖

圖2　測點平面布置示意圖

3數據分析與沉降變形規律研究

試驗路段監測時間從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間的變化規律，將數據處理繪制成圖3，圖4。

圖3　斷面1基底沉降隨時間變化規律

圖4　斷面2基底沉降隨時間變化規律

由沉降觀測圖表數據分析可以得到如下結論。

(1)兩幅點線圖中沉降的變化趨勢基本相似，且發現每一測點的沉降變化曲線符合對數變化規律：在路基填筑開始后發生沉降變形，且隨著施工的進行，沉降速率逐漸增大，至路基填筑后期，即路基高度接近達到17 m時，沉降速率放緩，沉降變形開始趨于穩定。此時可以根據實驗數據和對現場實際施工的分析確定一個變形速率，作為施工期路基沉降的控制標準。

(2)路基同一斷面處沉降以路基中央處為界基本有對稱性變化規律，即在路基中央兩側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，越接近邊坡測點處，路基沉降量越小。這一變化規律就要求，在路基的填筑施工過程中，重點考慮中部路基的填料壓實問題，即采用更高的壓實度，避免中部的沉降過大使路基整體發生不均勻沉降產生裂縫。

4有限元模擬

4.1有限元計算模型

本文使用PLAXIS軟件，根據設計方案建立模型，采用MC(Mohr-Coulomb)屈服準則，取一半模型進行分析，模型路堤面寬度為17 m，高度為17 m。整體模型網格劃分及邊界情況如圖5所示。路堤分為4層填筑，每個施工步驟填筑一層。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　單元網格劃分

4.2模型參數選取

依據地勘報告，并參考《道路交通常用數據手冊》，選定了相關物理力學參數見表1。全風化片麻巖和中風化片麻巖的彈性模量E由主固結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　材料物理力學參數

4.3計算結果與分析

(1)由圖3可知，路堤的總沉降量隨施工的進行不斷增加，但每個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，再結合填筑的工期時間可以發現沉降速率在此階段最大。這與現場實驗數據的分析結果基本一致，此階段應作為填筑施工階段的重點關注階段，要求選用適當的施工工藝，采用較高的壓實度。如在此階段發生不均勻沉降導致裂縫的產生，可采用灌漿法進行處理，會起到一定的效果。

(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，至填筑結束時的施工期最終總沉降位移出現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在路堤中部。位移最大值點出現在路堤模型的左上角，極值為208.92 mm。數值模擬得出的沉降變形規律與現場實驗數據得出的規律基本相符，說明有限元模型的可以有效地指導施工

5小結

(1)在路基填筑開始后，路基開始發生沉降變形，且隨著施工的進行，沉降速率逐漸增大，至路基填筑后期，即路基高度接近達到17 m時，沉降速率放緩，沉降變形開始趨于穩定。

(2)路基同一斷面處沉降以路基中央處為界基本有對稱性變化規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在路堤中部。位移最大值點出現在路堤模型的左上角，極值為208.92 mm。數值模擬得出的沉降變形規律與現場實驗數據得出的規律基本相符，可以有效地指導施工。

參考文獻：

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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

作者簡介：馬立綱(1982-)，男，工程師。

中圖分類號：TU472.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0007-02