青藏公路路基路面不均匀变形有限元计算分析★

2012-11-05李洪蛟吴婷婷

山西建筑 2012年9期

关键词：青藏公路多年冻土冻土

李洪蛟吴婷婷

(中国葛洲坝集团国际工程有限公司，北京 100022)

1 不均匀变形的影响因素

冻土融沉引起的青藏公路的不均匀变形主要受以下四方面的因素影响。

1.1 路基

1)填土高度。

青藏公路是沥青路面，沥青路面有很强的吸热作用，路基高度越高，路基内部吸收的热量就越多，而且填土高度越高，热量越不容易散失，因此就导致部分热量常年聚集在高填土路基内部，如果不及时处治就会引起多年冻土的热融下沉，路基内部聚集的热量会使冻土产生融化区，进而导致路基的不均匀沉降变形[1]。

2)土体容重。

土体的自重和容重成正比关系，土体的自重随容重的增减而增减。在高填土路堤段，土体的容重越大就会越增加天然地基土体的承重，尤其在季节活动层软弱，路基内部存在融化夹层的路段，很容易引起路基的不均匀沉降变形。

3)填土力学性质。

青藏公路无论是在新建还是在改建过程中，一直处在经济条件与施工条件贫乏的情况下，施工机械不够完备，环境条件影响大，都会导致路基填筑不均匀，压实度指标不能满足标准，造成施工过程中压实不均匀;青藏公路一直以来路基防护工程不完善，很多路段甚至没有路基防护工程。因此，在特殊的地理位置和环境条件下造成路基和路面的损坏。

1.2 季节活动层

青藏公路路基基底的季节活动层大部分为亚粘土，这种土质受水的影响很大，含水率是影响季节活动层性质的关键因素。青藏公路的路基、路面防水和排水设施不完善，路基两侧常年积水，其季节活动层含水率过大，土体变得异常松软，其模量也大幅度下降，最终影响了原天然地基的承载能力，此时的土质具有更大的变形性和可压缩性，导致路基产生不均匀沉降变形，到冬季严寒季节，含水率大的土质产生冻胀，导致土体膨胀，经过冻胀融沉的反复作用，路基路面最终产生不均匀变形。

1.3 多年冻土融化区

根据前期的现场调研数据显示，在楚玛尔河地段多年冻土融化区的融化深度为2 m～3.6 m，近些年年平均地温逐渐升高，多年冻土层普遍存在着上限下移的现象，尤其再加上水的影响，就产生了以融沉为主的公路路基病害，其融化深度越深，融化范围越大，对不均匀变形的影响就越大。

1.4 多年冻土层状态

随着年平均地温的升高，多年冻土就变得十分脆弱，再加之在建设过程中人为的扰动，就会加速冻土的融化速率。所以，多年冻土的年平均地温是地质条件划分时最重要的评价指标之一[2，3]。

多年冻土的分布类型、年平均地温、水文地质等因素造成了青藏公路路基路面错综复杂，为此预防处治路基路面的不均匀变形要综合考虑[4]。

2 有限元模型的建立

本文主要针对青藏公路路基两侧坡脚积水，路基填土高度不一，原天然地表呈现波浪起伏，存在融化夹层的特殊路段进行分析。

2.1 不均匀变形计算模型

针对存在融化夹层情况的路基路面建立模型，其主要模型参数为:路基顶面宽度为10 m，边坡坡率为1∶1.5，路基高度范围采用0.5 m～3 m进行分析，季节活动层厚度为2 m;融化夹层深度范围为冻土上限下2 m～3.6 m，其融化夹层半径为4.5 m，地基宽度取路基两侧坡脚外10 m[5]，在进行有限元模型计算时，融沉区形状设为矩形，路基单元采用平面应变问题进行分析，建立对称的二维有限元模型，如图1所示。