考虑容许纵坡差的软土路堤预抛高预测

张 帅，张 轩

（1.广州市市政工程设计研究总院，广东 广州 510000；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510000）

考虑容许纵坡差的软土路堤预抛高预测

张 帅1，张 轩2

（1.广州市市政工程设计研究总院，广东 广州 510000；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510000）

预抛高在公路工程中的应用已越来越广泛。针对目前规范对预抛高在软土路堤处置设计标准不明确的情况，利用固结理论研究了路基填土过程中的受力和变形特性。依据容许纵坡值定义，针对不同软土厚度、路堤填筑高度和工后沉降稳定时间，通过施工过程加载沉降量推算预抛高值，导出了路堤预抛高计算公式。结合工程实例，将计算后的工后沉降、预抛高量进行了比较分析。该方法可以用于一般路段的预抛高预测。

预抛高；路堤；灰色理论；软土

0　引言

在行车荷载和路堤荷载的作用下，路基和桥梁过渡段会产生较大的工后沉降。由于过渡段两侧刚度的差异，工后沉降通常是不均匀的，过大的差异沉降会导致上覆路面中的沥青或水泥混凝土面层产生附加弯拉应力，加剧路面结构的破坏，宏观表现即为路面产生横向裂缝和行车的桥头跳车，极大地影响路面的使用功能。

预抛高是指在路基填筑到路床顶面至路面通车后若干年这段时间内，根据实测的荷载-时间-沉降曲线预测路基沉降量，并将此沉降量预先填筑在路基上，以延缓过渡段沉降，确保路基施工工期、工后沉降及工程质量满足规范要求。

目前，许多工程均采用了预抛高技术解决工后沉降［1，2］，但针对预抛高值目前仍处于研究阶段。潘剑波等［3］利用施工期实测沉降进行了双曲线拟合；罗丹等［4］依据固结理论计算任一时刻地基沉降，并以实测沉降和计算沉降均方差为目标函数，反推了预抛高计算公式。盛维高［2］考虑下卧层主固结沉降，提出了预抛高计算方法，并进行了验证。上述方法由于样本容量有限，而软土物理力学性质差别较大，同时仅依靠工后沉降较难表征软土路堤过渡段差异沉降性质，因此需要考虑多种因素影响，对预抛高值进行改进。

1　容许纵坡差计算

在软土路段，由于不均匀沉降会使路面结构内部产生附加应力，一旦这种附加应力与车轮荷载产生的荷载应力之和大于路面结构层材料的强度，路面的结构将会被破坏。

图1中所示情况主要特征是桥面纵坡与搭板纵坡不相等，两者之差（ib-i）称为纵坡差，其大小对桥头行车平顺性影响较大。若纵坡差很大，即使设置桥头搭板，高速行驶的车辆仍会在桥头出现严重的跳车现象。周虎鑫等［6］对沥青混凝土路面进行结构分析，假定路堤为弹性力学中的平面应变体，层与层之间完全连续底基层层底与地基顶面的竖向应力和竖向位移连续。

图1　容许纵坡差的计算图式［5］

根据羊晔等［7］过渡段实测的工后沉降的纵向分布规律可知，过渡段的工后沉降基本都是连续的，成S形分布，因此一般软土路堤以“连续型”过渡段（见图2a）为研究对象，不考虑路基发生局部沉陷、横坡变化及遇结构物等情况的错台形式（见图2b）。

由图1所示几何关系，可得到桥台基础和搭板远离台端下土体之间的差异沉降为

图2　过渡段差异沉降形式［7］

2　预抛高计算

设置路堤预抛高后，预抛高可按照下式进行计算

式中：ha为路堤预抛高量；S∞为路基工后残余沉降；St0为路面结构施工完成后预测沉降。

目前研究成果表明，路基填筑期和路面施工期预抛高的分析均应根据实测沉降数据进行分析。针对估算路堤预抛高，引入沉降稳定控制时间概念。沉降稳定控制时间是指设置路堤预抛高后，路面实际高程大于设计高程，在通车后某一控制时刻，路面高程下沉到设计高程。根据容许纵坡差的定义，板远离台端下土体容许工后沉降量即为工后残余沉降S∞。同时，根据相关研究成果，对于一般路段，沉降发展符合下列公式

将式（2）及式（4）带入式（3），有

式中：Δh路面结构厚度；ρ1、ρ2为路面结构层重度、路堤填土重度；k为修正系数。

将式（7）带入式（5），有

式（8）即为考虑容许纵坡差的一般路段预抛高计算公式。根据相关研究［2-5］，高等级道路可取作为最大容许纵坡差。

3　工程实例

东部沿海某城市主干路，根据勘察成果，场区分布有淤泥及淤泥质粉质黏土，软土最大厚度为20 m。该道路采用堆载预压进行地基处理，路线长度12 km。由于各段交地时间前后不一，路段堆载时间最小值为7个月，最大值为15个月。为保证通车后全路段平整，采用预抛高处理，最终选取K3+600断面进行分析。该断面路基填土高度为3 m。从图3可以看出，填土均为小数量添加，且加载卸载过程较为明显，整个加载过程呈锯齿形。如图3、图4所示，利用实测数据进行直线拟合，相关系数达到。这表明，总体上填土厚度-沉降数据序列可以较好地用式（4）描述的曲线规律进行发展。根据实测数据进行拟合，算得α、β的值为0.245及0.866，预测路堤最终沉降量为172.35 cm，预测工后沉降为26.58 cm，算得预抛高值为5.2～9.3 cm。

图3　路堤填土-沉降时间曲线图

图4　路堤拟合关系图

4　结语

本文通过开展离心模型试验研究了干砂和饱和砂地基中大直径单桩分别在水平静力和循环荷载作用下的特性。初步结论与建议如下：

（2）一般软土路堤采用“连续型”过渡段。

（3）常规双曲线法、指数法预测路堤预抛高值较难反映出容许纵坡差的要求，需要考虑其对预抛高公式进行修正。

［1］胡铁权.高速公路路堤沉降引起的路堤标高及宽度问题的研究［D］.杭州：浙江大学，2002.

［2］盛维高.高速公路软基路堤预抛高对工后沉降的影响研究［D］.南京：河海大学，2007.

［3］潘剑波.软土地区高速公路路基预抛高实用计算方法［J］.广东建材，2002（9）:68-70.

［4］罗丹，程欣，洪宝宁.高速公路软基段路床预抛高问题研究［J］.南京建筑工程学院学报，2004（4）:100-104.

［5］交通部第二公路勘察设计院.公路路基设计手册（路基）［M］.2 版.北京：人民交通出版社，1996.

［6］周虎鑫，陈荣生.高等级公路工后不均匀沉降指标研究［J］.东南大学学报，1996，26（1）:54-56.

［7］羊晔，刘松玉，邓永锋.软土地基过渡段差异沉降控制标准［J］.东南大学学报，2008，38（5）：834-838.

U416.1

A

1009-7716（2016）07-0056-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.016

2016-03-02

张帅（1985-），男，甘肃武威人，硕士，工程师，从事道路工程等方面的设计工作。