軟土地區(qū)填方路基變形穩(wěn)定性分析

中圖分類號：U416. 1⁺ 1文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.017

文章編號：1673-4874（2025）04-0059-04

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，早期建設(shè)的公路基礎(chǔ)設(shè)施顯然不能滿足日益增長的交通量需求我國土地遼闊，地形地貌復雜，在軟弱地基上建設(shè)公路也成為發(fā)展的需要。軟黏土具有高孔隙率、軟弱滲透性和低剪切強度等特點，導致在軟土區(qū)建設(shè)的道路易發(fā)生不均勻沉降，甚至發(fā)生失穩(wěn)等病害，對交通安全造成極大的威脅[1-4]。為了提高軟土地區(qū)填方路基的穩(wěn)定性，常采用各種加固技術(shù)，如預(yù)壓法、攪拌樁、石灰樁、土工合成材料等[5。這些加固措施不僅能提高地基的承載力，還能有效控制路基的沉降和側(cè)向位移，確保路基的長期穩(wěn)定性。目前，學者對于軟土地區(qū)填方路基穩(wěn)定及加固措施已進行大量的研究，劉光明對國內(nèi)外典型案例進行總結(jié)分析，歸納出軟土路基沉降特性和處治措施。曾勇等為解決軟土地基變形導致路面不均勻沉降問題，利用有限元軟件，對泡沫輕質(zhì)土填筑不同高度、密度和彈性模量的路堤進行了理論探究。周全能8通過對比不同推算方法計算后期沉降，提出Asaoka法的推算結(jié)果與實測值最為接近。陜耀等[9依托實體工程，結(jié)合現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬，研究了軟土地區(qū)鋼套管鉆孔灌注樁施工對路基變形的影響。楊新安、郭樂等[10-11]依托實體工程，通過現(xiàn)場試驗手段研究了軟土地區(qū)路基的變形及穩(wěn)定規(guī)律。崔凱、李濤等[12-13]依托實體工程，結(jié)合現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬結(jié)果，研究了軟土地區(qū)路基沉降的預(yù)測方法。

本文旨在結(jié)合某工程實際，采用數(shù)值模擬方法研究軟土地區(qū)填方路基的沉降變形特性及加固措施，以期為軟土地區(qū)路基的設(shè)計和施工提供科學依據(jù)，為類似工程提供有益的參考和借鑒。

1 工程概況

本文依托工程位于廣西某在建公路，該公路建址屬軟土地區(qū)，地質(zhì)條件復雜，土體主要為高含水量、低抗剪強度和高壓縮性的軟土層。為滿足交通運輸需求，需進行大規(guī)模的填方路基建設(shè)。工程總長為5km，填土高度平均為 5m₀ 由于軟土特性，路基容易出現(xiàn)沉降、側(cè)向位移等問題，施工現(xiàn)場采用預(yù)制管樁處理軟土地基，以提高地基承載力，控制沉降，確保路基的穩(wěn)定性和長期使用性能。

2現(xiàn)場試驗設(shè)計及結(jié)果分析

2.1現(xiàn)場試驗監(jiān)測方案

為研究管樁處理軟土地區(qū)填方路基穩(wěn)定變形特性，本試驗選取現(xiàn)場某路段進行沉降監(jiān)測，該路段采用管樁處理軟土地基，并采用單點位移計監(jiān)測路基位移，分路段斷面沉降測點布設(shè)如圖1所示。

圖1測點布設(shè)示意圖

由圖1可知，路基高度為5m，在路基深度為2m處布設(shè)三個監(jiān)測點，分別為測點1、測點2、測點3，兩測點間距為3.5m，測點1距路基邊緣為 12m 。監(jiān)測時間為1年，前半程路基沉降量變化較大，監(jiān)測周期為5d1次；后半程由于沉降量趨于不變，監(jiān)測周期改為每月1次。

2.2 試驗結(jié)果分析

經(jīng)過一年的監(jiān)測，對三個監(jiān)測點的路基沉降觀測數(shù)據(jù)進行整理，分析其沉降規(guī)律。各測點沉降和沉降速率的關(guān)系如圖2至圖4所示。

由圖2可知，路基沉降可劃分為起始沉降期、快速沉降期和沉降穩(wěn)定期三個階段，其中初始沉降期是在路堤填筑后40d以內(nèi)，此時沉降逐步增加，而沉降速率較小，均 lt;1mm/d 路基填土后40～100d內(nèi)發(fā)生快速沉降，此時地基的沉降顯著增加，40d時路基的累計沉降為27.61mm ，而100d時已迅速增加至110. 32mm 。此時，路基的沉降速率也有一定的波動，但與初始沉降期相比有很大的提高，且沉降速率均 gt;2mm/d ，最大沉降速率為 2.41mm/d 沉降穩(wěn)定期主要為路基填筑完成后100～370 d，此階段路基累計沉降已無明顯變化，路基沉降已趨于穩(wěn)定。其原因主要是，100d內(nèi)在自重條件下，路基固結(jié)沉降已基本完成。

圖2測點1沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖

由圖3可知，測點2的沉降量與沉降速率隨時間的變化曲線與測點1類似，路基沉降也可分為三個階段，即起始沉降期、快速沉降期及沉降穩(wěn)定期。起始沉降期主要為路基填筑完成后的40d內(nèi)，快速沉降期為路基填筑完成后的40～100d內(nèi)，沉降穩(wěn)定期為填筑完成后 100～ 370d 測點2最終沉降趨于105.54mm，與測點1相比測點2最終沉降減小了 5% 。其原因在于路基內(nèi)部承受的豎向應(yīng)力較大，而邊緣部位應(yīng)力相對較小，應(yīng)力越大，土體的壓縮變形也就越大；同時路基邊緣受到周圍土體的側(cè)向約束作用，使得邊緣部位的沉降受到限制。

圖3測點2沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖

由圖4可知，測點3的總沉降量與沉降速率隨時間的變化曲線與測點1、測點2相似，均分為起始沉降期、快速沉降期及沉降穩(wěn)定期。起始沉降期主要為路基填筑完成后的40d內(nèi)，其路基累計沉降量逐漸增大，但相比測點1、測點2其累計沉降量最大值有所減小，測點1、測點2、測點3在該階段的累計沉降量最大值分別為27.1mm、21.7mm、16.5mm；在40～100d內(nèi)，測點3路基累計沉降量也顯著增大，但較與測點1、測點2相比仍有所減小；100d后，路基累計沉降無明顯變化，路基趨于穩(wěn)定。值得注意的是，在累計沉降量趨于穩(wěn)定后，測點3的路基累計沉降值為97. 1mm ，相比測點1、測點2的路基沉降量分別減小了15. 2% 和8. 1% 。其原因主要在于路基邊緣受到周圍土體的側(cè)向約束作用，使得邊緣部位的沉降受到限制，且測點3較測點1、測點2離路基邊緣位置更近。

圖4測點3沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖

3數(shù)值模擬計算

3.1模型的建立

本文以廣西某高速公路為研究背景，采用FLAC3D有限元軟件，將模型簡化為二維平面應(yīng)變問題。由于道路為對稱結(jié)構(gòu)，為簡化計算，選取右側(cè)建立數(shù)值模型。模型由路面、路基、管樁復合地基土層等組成，如圖5所示。

圖5數(shù)值仿真計算模型圖

由圖5可知，路面寬度為9m、路堤坡度為 1：1.5 路基高度為5m、路基下方軟土層厚度為20m、軟土層采用管樁處理（樁長為15m、樁徑為 0.5m 樁距為 2m; ，為減小邊界條件對計算結(jié)果的影響，地基長度為 50m。

3.2計算參數(shù)取值

數(shù)值模擬計算模型中，各種材料計算參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗得到的工程地質(zhì)勘查資料和相關(guān)規(guī)范進行取值，具體參數(shù)見表1。

表1各種材料計算參數(shù)表

3.3數(shù)值模擬計算工況

本文采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，分別模擬計算實際現(xiàn)場試驗條件、不同路基厚度、不同管樁參數(shù)的沉降數(shù)據(jù)。工況計算參數(shù)如表2所示。

表2數(shù)值模擬計算工況表

3.4數(shù)值模擬計算結(jié)果分析

3.4.1 可行性分析

現(xiàn)場相同條件下路基沉降量變化曲線與數(shù)值模擬計算穩(wěn)定值的對比如圖6所示。

圖6數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗結(jié)果對比曲線圖

由圖6可知，施工完成后1年內(nèi)，測點1、測點2、測點3沉降先緩慢增大，隨后快速增大，最終趨于穩(wěn)定，且其最終沉降量分別趨于 -114mm_?-106mm_?-98mm_? 而根據(jù)標準工況（路基高度為 5m 、樁長為15m、樁徑為0.5m 樁距為2m）數(shù)值模擬得出來測點1、測點2、測點3的沉降量最終分別為125mm、118mm、 111mm ，與現(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)果誤差分別為 11mm 12mm 、13mm，且數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場試驗規(guī)律相同，試算結(jié)果表明本模型邊界效應(yīng)的影響可忽略不計。

3.4.2不同路基高度對路基沉降的影響

不同路基高度條件下，路基不同位置沉降量如圖7所示。

3.4.3不同管樁參數(shù)對路基沉降的影響

3.4.3.1不同管樁樁長

不同管樁樁長條件下，路基不同位置沉降量如圖8所示。

圖8不同管樁樁長條件下各位置沉降量曲線圖

由圖8可知，不同管樁樁長條件下，其不同位置沉降量變化規(guī)律相同，均隨著距路基左端位置距離的增加而減小，且隨著管樁樁長的增加，其沉降量均呈現(xiàn)增加趨勢。以距路基左端位置4.5m為例，管樁樁長分別為 5m ，其沉降量分別為71.99mm、95.99mm、119.99mm、131.99mm。其原因主要在于管樁樁長提高了地基剛度，意味著地基土體具有較高的抗壓縮能力、均勻性和剪切強度，從而在承受路基荷載時變形較小，導致路基沉降較少。在工程實踐中，提高管樁長度可有效提高地基的剛度，從而達到控制路基沉降的目的。

3.4.3.2 不同樁距

不同管樁樁距條件下，路基不同位置沉降量如圖9所示。

圖7不同路基高度各位置沉降量曲線圖

由圖7可知，不同路基高度條件下，其不同位置沉降量變化規(guī)律相同，均隨著距路基左端位置距離的增加而減小。其原因在于路基內(nèi)側(cè)受到很大的垂直應(yīng)力，而路基邊沿的應(yīng)力卻很小；同時周邊土對地基產(chǎn)生了橫向約束，從而限制了邊界的沉降。隨著路基高度的增加，其沉降量均呈現(xiàn)增加趨勢，以距路基左端位置4m為例，路基高度分別為 3，0，4m，5m，6m 時，其沉降量分別為107.21mm、113.63mm、121.25mm、129.32mm。其原因在于隨著路基高度的增加，路基下部土體所承受的應(yīng)力也會增大，導致土體發(fā)生更大的壓縮變形，引起沉降增加；同時，路基高度越高，土體的固結(jié)時間也會相應(yīng)增加，路基沉降也相應(yīng)增加。

圖9不同管樁樁距條件下各位置沉降量曲線圖

由圖9可知，不同管樁樁距條件下，其不同位置沉降量變化規(guī)律相同，均隨著距路基左端位置距離的增加而減小，且隨著管樁樁距的增加，其沉降量均呈現(xiàn)減小趨勢，以距路基左端位置4.5m為例，管樁樁距分別為 ，1.5m、2m、2.5m，其沉降量分別為125.99mm、119.99mm、107.99mm、101.99mm。其原因主要在于管樁樁距的增加降低了地基剛度，而剛度小的地基土體承載力低，在荷載作用下容易產(chǎn)生過大的變形和沉降。地基剛度小，意味著地基土體具有較低的抗壓縮能力、均勻性和剪切強度，從而在承受路基荷載時變形較大，導致路基沉降較大。

4結(jié)語

本文結(jié)合廣西某在建公路的特點，通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬，研究了軟土地區(qū)填方路基的變形及加固措施，并得到如下結(jié)論：

（1）施工結(jié)束后，路基沉降可劃分為起始沉降期、快速沉降期和沉降穩(wěn)定期三個階段，且快速沉降能在100d內(nèi)完成。（2）不同路基高度、不同管樁處理條件下，軟土地基填方路基邊緣沉降均小于其內(nèi)部沉降，且越靠近邊緣，路基沉降越小。（3）隨著路基高度的增加，軟土地區(qū)填方路基沉降呈增大趨勢。（4）隨著樁間距的增加沉降量逐漸減小，隨著樁長的增加沉降量逐漸增加。 °ledast

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收稿日期：2024－11-20