山区半填半挖路基的沉降变形分析

张 颖

(江西财经职业学院基建处，江西 九江 332000)

山区半填半挖路基的沉降变形分析

张 颖

(江西财经职业学院基建处，江西 九江 332000)

通过数值计算软件，分析了不同填方高度下，半填半挖路基的沉降问题，结果表明：基岩路基几乎不会产生沉降，而对于填方路基，同一横截面处距离基岩越远沉降值越大；填土高度越大沉降值越大，同时固结沉降在经过一段时间后沉降值趋于稳定。

半填半挖路基，数值计算，沉降变形，固结

0 引言

随着我国经济的飞速发展，高速公路建设已经延伸到地质条件相对复杂的山区地带。在山区地带修建高速不可避免的会出现半填半挖路基，而此类路基的不均匀沉降问题严重影响行车安全，已经引起国内外专家的高度重视。目前，部分学者已经对路基的沉降问题做了相关的研究。

如：刘宏等[1]以东南地区某高速公路为工程背景，研究了高填方地基的变形特性，指出高填方路基的沉降变形主要发生在施工完成后的早期。

卿笃千等[2]以实际工程的路基沉降资料为背景，研究了半填半挖路基沉降变形与路基填土特性的关系。

曹喜仁等[3]对粗粒土路基进行了沉降分析与计算，并借助现场的监测设备对沉降值进行了对比，提出粗粒土工后沉降的计算方法。

翁兴中等根据不同填方路基的高度下，路基的沉降特点进行分析总结[4]。

上述研究成果表明，针对山区半填半挖路基的沉降研究较少。由于山区地形复杂，在同一横断面上填土厚度差距比较大，路基的不均匀变形显得尤为的严重。因此本文针对益娄高速某段半填半挖路基为研究对象，探讨不同填方高度对路基沉降的影响，本文研究成果对半填半挖路基的沉降控制具有一定的指导意义。

1 理论依据

路基的沉降变形，可以认为是一个弹性变形与塑性变形的过程。根据以往粗粒土力学特性分析结果可知，该类土体在一般应力状态下就可能发生屈服，应力—应变关系是非线性，因此本文采用非线性弹性分析的数学模型K-G模型。

土的总应变dε等于剪应变dεs与体应变dεv之和：

dε=dεs+dεv。

非线性弹性分析的理论基础为弹性理论，应力—应变关系用变形模量K，G来联系这种关系由广义虎克定律导出，即：

式中：Kt——体变模量； Gt——剪切模量； dp——体应变与有效平均应力； dq——广义剪应力。

2 模型建立与计算方案的确定

2.1 模型建立

根据益娄高速K47+000～ K47+080标段内，实际半填半挖路基的修筑情况，该区段内边坡的坡比为1∶1，填方路基的宽度为12.5 m，路基的总宽度为25 m，而填方高度H=4 m～8 m，在修筑过程中，将山坡一侧的基岩进行破碎处理，并填筑到路基的另外一侧，而挖方一侧原始基岩作为路基，计算模型如图1所示。

据益娄高速K47+000～ K47+080标段内，路基粗粒土的相关室内外试验得出的相关数据，模型建立所需要的土体力学参数见表1。

表1 土体力学参数

2.2 计算方案

为了研究不同填方高度下，半填半挖路基的固结沉降问题以及沉降的分布规律，同时根据益娄高速半填半挖路基的实际填方高度，确定计算方案。计算方案如下：将在计算软件Geo-studio中的Sigma模块中建立的填方路基的高度分别为4 m，6 m以及8 m，在模型建立完成后监测200 d范围内的固结沉降变化。为了分析路基最大沉降点发生的位置，以道路内侧边缘为原点，在路面建立多个监测点，其中监测点A位于距离原点22 m处。

3 计算结果分析

图2为H分别取4 m,6 m,8 m，半填半挖路基固结时间为200 d时，路面不同监测点的沉降值。从图2中可以看出：基岩路基几乎没有沉降，而填方路基发生了较大的沉降；对于相同高度的填方

路基而言，距离原点越远的监测点沉降值越大；在距离原点相同的位置，填方高度H越大，路基的沉降值越大。产生上述结果的原因是：对于这种半填半挖路基而言，一部分基岩直接作为路基，由于基岩整体性好，自身没有裂隙发育不透水，所以基岩不会出现固结作用也就不会产生沉降；路基的沉降是由于自身的固结造成的，而固结作用的大小与填土的厚度有密切联系，对于半填半挖路基而言距离原点越远其填土的厚度就越大，固结的效果越明显造成沉降值越大，同时填方高度增加，也会产生上述结果。

图3为填方高度H=4 m,6 m,8 m时，监测点A(距离原点22 m处)随着时间变化的沉降值。在图3中可以得到：在相同的填方高度下，监测点A处的沉降值都是随着时间的增长而变大；对于不同的填方高度，沉降值在前150天的增长速度较快，随后沉降值增长较慢并趋于稳定；相同的固结时间下，监测点A处的沉降值随着填方高度的增加而增加。通过对上述结果分析可得：填方路基铺筑完成后，在土体固结的作用下产生沉降，而固结作用与时间以及填土高度有直接的关系，时间越长或者填土高度越大那么固结沉降值越大，当然经过较长的一段时间后，在土体固结作用下内部应力趋于平衡，这时沉降值就趋于稳定。

4 结语

通过本文的研究得到，半填半挖路基在其固结过程中，存在不均匀沉降问题。具体表现在：基岩路基几乎不会产生沉降，而对于填方路基而言，相同的填土高度下，同一横截面处距离基岩越远沉降值越大；填土高度越大沉降值越大，同时沉降值在前期增长较快，经过一段时间后沉降值趋于稳定。

[1] 刘 宏,张倬元,韩文喜.用离心模型试验研究高填方地基沉降[J].西南交通大学学报,2003,38(3):323-326.

[2] 卿笃千,黄 庆,王桂尧.高路堤沉降稳定问题的探讨[J].公路与汽运,2003(1):37-38.

[3] 曹喜仁,钟守滨,淤永和,等.高填石路堤工后沉降分析及工程算法探讨[J].湖南大学学报(自然科学版),2002,29(6):112-117.

[4] 郑 治.路堤自身压缩的分层总和法[J].华东公路,1996(5):51-55.

Analysis on settlement deformation of cut-and-fill subgrade in mountainous area

Zhang Ying

(InfrastructureConstructionDepartment,JiangxiVocationalCollegeofFinanceandEconomics,Jiujiang332000,China)

This paper analyzed the settlement under different fill height of cut-and-fill subgrade by numerical calculation. The results show that bedrock subgrade almost no settlement, for the embankment the same cross section distance far greater bedrock subsidence; the higher the filling height is, the larger the settlement value is, at the same time, consolidation settlement tends to be stable after a period of time.

cut-and-fill subgrade， numerical calculation， settlement deformation， consolidation

1009-6825(2017)02-0155-02

2016-11-07

张 颖(1987- )，男，助理工程师

U416.1

A