祁冷公路原有路基荷載作用對加寬工程路基沉降變形的影響分析

雷 迅

(湖南省永州公路橋梁建設(shè)有限公司，湖南 永州 425000)

祁冷公路原有路基荷載作用對加寬工程路基沉降變形的影響分析

雷 迅

(湖南省永州公路橋梁建設(shè)有限公司，湖南 永州 425000)

結(jié)合祁陽縣城至冷水灘公路實際情況，針對公路加寬工程新路基沉降變形受舊路基荷載作用的影響，采用建模計算法，在明確軟基性能改善是影響新路基沉降主要因素的基礎(chǔ)上，提出了沉降變形影響機理與其他影響因素，以此為公路加寬工程設(shè)計與施工提供可靠的依據(jù)。

公路加寬工程；舊路基荷載；新路基沉降變形

1 工程概況

祁陽縣城至冷水灘公路為一級公路，路面寬24.5 m，與2014年年底建成通車。本工程起點位于祁陽縣燈塔路口與祁陽大道交匯處(祁陽縣城至冷水灘公路樁號K0+000)，至于詹家大橋(祁陽縣城至冷水灘公路樁號K2+242)。根據(jù)祁陽縣最新規(guī)劃，祁陽縣城至冷水灘公路K0+000～K2+242段按城市道路標(biāo)準(zhǔn)擴建至60 m寬，采用雙向六車道設(shè)計，全程設(shè)計時速為80 km/h。

公路沿線分布有軟土地基，原路基下方軟基因長期受到交通荷載作用，其工程性質(zhì)已出現(xiàn)明顯變化。為明確這一變化程度，截選三段軟基對其實施鉆孔研究，研究結(jié)果表明，地基性能得到有效改善。其中，一處具有代表性的軟基性能指標(biāo)如表1所示。

表1 軟基性能指標(biāo)

根據(jù)軟基的液性指數(shù)可以算出軟土的固結(jié)壓力，計算公式為

pc=10(2.90-0.96lL)

(1)

由此可得軟土早期固結(jié)壓力大小：舊路基中心線上的軟土從25.8 kPa遞增至42.9 kPa；舊路基坡腳處無明顯變化，說明舊路基中心線上的軟土受到了較大的荷載，在壓縮變形作用下，性能得以明顯改善。由于受到路基荷載，舊路基性能得到了明顯的改善，會對加寬路基造成一定影響，尤其是沉降變形。

2 構(gòu)建模型

2.1 程序與本構(gòu)模型

程序選用Plaxis，并采用15節(jié)點高階三角形單元。

2.2 模型構(gòu)建總體思路

計算模型如圖1所示。

(1)首先將舊路基視作梯形荷載施加，然后將新路基視作梯形路基實施填筑，以此忽視新舊路基相互作用，考慮新路基的沉降變形受舊路基荷載的影響，見圖1(a)。

(2)不對舊路基進行填筑，直接將新路基視作梯形路基實施填筑，見圖1(b)，以此在忽視新舊路基相互作用的同時，也不考慮新路基的沉降變形受舊路基荷載的影響，見圖1(c)。

通過對比即可清晰觀察到加寬工程沉降變形受舊路基荷載作用。

圖1 計算模型

3 結(jié)果分析

3.1 沉降變形影響機理

圖2中的(a)、(b)為加寬路基上的荷載在新路基中心處以及舊路基中心處使豎向附加應(yīng)力與豎向應(yīng)變伴隨地基深度變化的變化曲線。豎向附加應(yīng)力計算公式為

(2)

(1)新路基沉降變形所受影響

如果忽略舊路基荷載造成的影響，豎向附加應(yīng)力與地基深度成反比。而在考慮舊路基荷載造成的影響時，豎向附加應(yīng)力在0～15 m的地基深度區(qū)間中不斷減小，但幅度較小，究其原因，主要為由于受到舊路基荷載造成的影響，使得地基軟土產(chǎn)生一定壓縮變形而變硬，加速了應(yīng)力擴散作用，最終使相同深度中應(yīng)力不斷減小。

另外，如果忽略舊路基荷載造成的影響，豎向應(yīng)變也和地基深度成反比。而在考慮舊路荷載造成的影響時，豎向應(yīng)變在0～20 m的地基深度區(qū)間中大幅減小，究其原因，部分是由豎向應(yīng)力不斷減小引起，但主要原因仍然是軟土硬化。

圖2 新、舊路基中心處豎向應(yīng)力、應(yīng)變 與地基深度間的關(guān)系

(2)舊路基沉降變形所受影響

如果忽略舊路基荷載造成的影響，舊路基中心處豎向應(yīng)力隨地基深度的不斷增加而先增后減，最大值出現(xiàn)于20～40 m的地基深度區(qū)間中，且比新路基在相同深度條件下的豎向應(yīng)力大。究其原因，主要為新路基荷載所引起的應(yīng)力在路基中心處疊加，所以在軟土層足夠厚時，發(fā)生在新舊路基間的沉降有可能明顯減小。相比之下，如果忽略舊路基荷載造成的影響，在20～50 m的地基深度區(qū)間中，豎向應(yīng)力顯著增大，其原因和以上分析提出的新路基下方豎向應(yīng)力不斷減小完全一致。

3.2 主要影響因素

(1)路基高度

不論考慮舊路荷載造成的影響與否，新路基的沉降都和路基高度成正比關(guān)系，由舊路基荷載造成的影響(即軟基性能改善)，對新路基沉降與變形產(chǎn)生的影響即為沉降差異。隨路基高度不斷增大，這一沉降差異明顯增加。究其原因，主要為在路基高度不斷增大時，舊路基自身荷載也會增大，其下方軟基土體所受壓縮作用增強，改善程度提高，最終使沉降差異增加。而舊路基沉降與變形基本不會受到路基高度的影響。

(2)新路基寬度

新路基在其寬度不斷增加的過程中，沉降越來越大，但增大幅度并不是很大。盡管在路基寬度增大了以后，其最大沉降點和舊路間的距離也明顯增大，受舊路基影響隨之減小，但因?qū)挾仍黾又螅艿降鼗绊懙膶嶋H深度大幅加深，致使更大面積性能得以有效改善的土體對新路基產(chǎn)生了更為顯著的影響。而舊路基沉降與變形基本不會受到路基高度的影響。

(3)軟基厚度

新舊路基的沉降變形均隨軟基厚度不斷減小而減小，并且其減小的幅度在軟基深度不大時表現(xiàn)的更為明顯。同時，因受到舊路基荷載造成的影響，新路基自身沉降差異在深厚軟基中基本保持不變，而在淺薄軟基中卻明顯減小。究其原因，主要為由于受到舊路基荷載造成的影響，新路基下方的軟土只在0～20 m的區(qū)間中會得到性能改善，所以當(dāng)軟基厚度不足20 m時，新路基的沉降差異會明顯增大；而對舊路基而言，其沉降差異在較薄的軟基中才能得以顯現(xiàn)，究其原因，主要為在軟基厚度不斷減小的進程中，舊路基下方軟土厚度明顯減小，致使中層與下層軟土的壓縮量比上層小，所以增大了沉降差異。

4 總 結(jié)

(1)由舊路基荷載使軟基性能出現(xiàn)的改善對新路基與舊路基的影響有很大差別；對新路基而言，軟基性能改善是其沉降變形主要影響因素；而對舊路基而言，除了軟基性能改善，還包括新路基荷載所造成的豎向應(yīng)力。

(2)軟基受舊路荷載影響性能被明顯改善，在新路基荷載的不斷作用下，會產(chǎn)生相對較大的沉降差異，而且這一沉降差異還和路基寬度、高度以及軟基的厚度有關(guān)。

(3)如果軟基較為深厚，則在新路基荷載的不斷作用下，舊路基自身沉降基本不會受到荷載影響，其沉降差異可表示為零，并且還與路基的高度與寬度無關(guān)，只是在軟基厚度較薄時，其沉降差異才得以顯現(xiàn)。

[1] 陳磊，陸海源，陳育民，等.原有路基荷載作用對加寬工程路基沉降變形的影響分析[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2014，(1):59-64.

[2] 段恩新.鐵路隧道下穿施工引起高速公路路基沉降規(guī)律研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，(2):41-45，82.

[3] 李進旗.高速公路路基沉降及施工控制技術(shù)研究[J].交通建設(shè)與管理，2013，(8):92-93.

U416.1

C

1008-3383(2017)11-0020-02

2017-08-01

雷迅(1986-)，女，湖南永州人，工程師，主要從事公路工程工作。