海南岛花岗岩残积土填筑路堤临界高度数值模拟★

熊 峥

(海南省公路勘察设计院，海南 海口 570206)

0 引言

路堤填筑高度决定路堤对地基施加附加应力的大小，路堤高度越大，地基承受的应力越大，地基沉降量越大。同时，随着路堤填筑高度的增加，路堤自身压缩层厚度增大，造成的路堤自身沉降量就越大，因此，路堤填筑高度是影响路基沉降的主要原因之一。

花岗岩残积土中保留了较多的石英颗粒，因此，其抗剪强度参数兼具一般黏性土和砂土的性质。本文基于海南省万宁至洋浦高速公路花岗岩残积土的物理力学特征，采用数值模拟方法计算路堤填筑临界高度，并将结果用于设计中。

1 计算模型

公路路基沉降主要由两部分组成：地基在自重应力及附加应力作用下的固结压缩变形；路基本身在自重应力作用下的压缩变形。路基顶面工后沉降为地基固结变形与路基自身压缩变形之和，本文采用有限差分方法模拟计算路基顶面最终沉降量，模型假设如下:

1)按平面应变问题考虑进行二维有限元分析；

2)地基土及路堤填土为弹塑性材料，土体本构模型采用弹性模型模拟；

3)地基与路堤接触面完全连续且不发生滑移；

4)路堤荷载为一次性施加，不考虑固结沉降时间，只计算路基顶面最终沉降量。

根据地勘成果，总共176组数据，该地区花岗岩基岩埋深平均值为14.94 m，标准差7.95 m，变异系数0.53，标准值16.70 m。

高速公路路基宽度26 m，边坡坡度1∶1.5，地基计算深度50 m，路基计算宽度200 m。路堤采用花岗岩残积土填筑，根据地勘成果，路基分为二层，0 m～17 m为花岗岩残积土，以下为花岗岩基岩，模型具有对称性，采用1/2模型进行分析，见图1。

2 计算参数

根据试验结果，采用如表1所示的物理力学参数进行数值模拟。

表1 花岗岩残积土路堤沉降计算相关参数

3 计算结果

分别对不同路堤填筑高度(0 m～10 m)进行计算，路基顶面中心最终沉降量结果如表2及图2所示。

表2 花岗岩残积土路堤沉降计算结果

4 路堤填筑临界高度

我国路基设计规范对路基变形控制是采用工后总沉降量，一般路段的容许工后沉降如表3所示。

表3 容许工后沉降 cm

根据计算结果，海南岛花岗岩地区，一般路段路堤填筑临界高度如表4及图3所示。

表4 海南岛花岗岩残积土路堤填筑临界高度 m

5 路堤边坡稳定性分析

根据花岗岩残积土抗剪强度标准值，分别计算10 m高路堤(坡率1∶1.5)安全系数，结果如表5所示，满足规范规定的安全系数。

表5 路堤边坡安全系数计算结果

由此可见，路堤边坡稳定性所控制的路堤填筑高度要远远大于沉降量所控制的路堤填筑高度。

6 结语

通过以上分析可以得出以下结论：

1)海南岛花岗岩残积土的路堤临界填筑高度由沉降量控制。

2)当各类型路基填筑高度大于临界填筑高度时，应采取基底措施处理，避免沉降量过大造成路面损坏或桥头跳车现象。

[1] JTG D30—2014,公路路基设计规范[S].

[2] 吴立坚，郑甲佳，邓 捷.高液限土路基的沉降变形规律[J].岩土力学，2013(S2):180-181.