海南島花崗巖殘積土填筑路堤臨界高度數值模擬★

熊 崢

(海南省公路勘察設計院，海南 ?？?570206)

0 引言

路堤填筑高度決定路堤對地基施加附加應力的大小，路堤高度越大，地基承受的應力越大，地基沉降量越大。同時，隨著路堤填筑高度的增加，路堤自身壓縮層厚度增大，造成的路堤自身沉降量就越大，因此，路堤填筑高度是影響路基沉降的主要原因之一。

花崗巖殘積土中保留了較多的石英顆粒，因此，其抗剪強度參數兼具一般黏性土和砂土的性質。本文基于海南省萬寧至洋浦高速公路花崗巖殘積土的物理力學特征，采用數值模擬方法計算路堤填筑臨界高度，并將結果用于設計中。

1 計算模型

公路路基沉降主要由兩部分組成：地基在自重應力及附加應力作用下的固結壓縮變形；路基本身在自重應力作用下的壓縮變形。路基頂面工后沉降為地基固結變形與路基自身壓縮變形之和，本文采用有限差分方法模擬計算路基頂面最終沉降量，模型假設如下:

1)按平面應變問題考慮進行二維有限元分析；

2)地基土及路堤填土為彈塑性材料，土體本構模型采用彈性模型模擬；

3)地基與路堤接觸面完全連續且不發生滑移；

4)路堤荷載為一次性施加，不考慮固結沉降時間，只計算路基頂面最終沉降量。

根據地勘成果，總共176組數據，該地區花崗巖基巖埋深平均值為14.94 m，標準差7.95 m，變異系數0.53，標準值16.70 m。

高速公路路基寬度26 m，邊坡坡度1∶1.5，地基計算深度50 m，路基計算寬度200 m。路堤采用花崗巖殘積土填筑，根據地勘成果，路基分為二層，0 m～17 m為花崗巖殘積土，以下為花崗巖基巖，模型具有對稱性，采用1/2模型進行分析，見圖1。

2 計算參數

根據試驗結果，采用如表1所示的物理力學參數進行數值模擬。

表1 花崗巖殘積土路堤沉降計算相關參數

3 計算結果

分別對不同路堤填筑高度(0 m～10 m)進行計算，路基頂面中心最終沉降量結果如表2及圖2所示。

表2 花崗巖殘積土路堤沉降計算結果

4 路堤填筑臨界高度

我國路基設計規范對路基變形控制是采用工后總沉降量，一般路段的容許工后沉降如表3所示。

表3 容許工后沉降 cm

根據計算結果，海南島花崗巖地區，一般路段路堤填筑臨界高度如表4及圖3所示。

表4 海南島花崗巖殘積土路堤填筑臨界高度 m

5 路堤邊坡穩定性分析

根據花崗巖殘積土抗剪強度標準值，分別計算10 m高路堤(坡率1∶1.5)安全系數，結果如表5所示，滿足規范規定的安全系數。

表5 路堤邊坡安全系數計算結果

由此可見，路堤邊坡穩定性所控制的路堤填筑高度要遠遠大于沉降量所控制的路堤填筑高度。

6 結語

通過以上分析可以得出以下結論：

1)海南島花崗巖殘積土的路堤臨界填筑高度由沉降量控制。

2)當各類型路基填筑高度大于臨界填筑高度時，應采取基底措施處理，避免沉降量過大造成路面損壞或橋頭跳車現象。

[1] JTG D30—2014,公路路基設計規范[S].

[2] 吳立堅，鄭甲佳，鄧 捷.高液限土路基的沉降變形規律[J].巖土力學，2013(S2):180-181.