摘 要：結(jié)合某高速公路高填方路基加寬工程這一實例，運用FLAC3D軟件[1] ，考慮工程實際工況，對高填方路基差異沉降及復(fù)合地基處理情況進行研究，并提出相應(yīng)的施工建議，以期指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計施工。

關(guān)鍵詞：高填方；加寬；差異沉降 路基

中圖分類號：U416.1

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-0422（2012）06-0153-02

1 工程概況

1.1 工程背景

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是在原4車道高速公路兩側(cè)各加寬8m，拼寬為整體式雙向8車道高速公路，即在原有26m的基礎(chǔ)上兩側(cè)各加寬8m，加寬后路堤寬度變?yōu)?2m。

1.2 模擬設(shè)計方案

本次計算選取填筑高度為13m的斷面。計算斷面的新路堤的基底樁采用PTC管樁處理，混凝土強度采用C60，直徑為400mm，間距2.8m，樁長14m，平面上成正方形布置；為了節(jié)省造價，邊坡上采用CFG樁的地基處理方式，單排樁間距為2.4m，雙排樁間距為2.7m，樁體按照設(shè)計布置，樁頂在每個臺階的頂部，樁端位于地表以下4m處。土工格柵采用如下在基底和路堤高度為8m處臺階底部各鋪設(shè)一層高強土工格柵，土工格柵從臺階內(nèi)緣鋪設(shè)至拓寬路堤的邊坡處，并采用U型鋼筋釘固定[2] 。（見圖1、圖2）

2 計算模型

2.1 模型選取

因為路基沉降變形為軸對稱問題，所以本次計算只選取路堤中心右側(cè)部分為研究對象，根據(jù)工程地質(zhì)條件和已有研究成果，計算模型大小如下：模型計算長度大約為路堤平均斷面的4倍，計算深度為30m，計算寬度為5m，8m以下放坡為1:1.75，8m以下為1:1.5放坡。新老路堤結(jié)合處的邊坡采用挖臺階處理的方法。（見圖3）

2.2 計算參數(shù)

地基土及路堤土的計算參數(shù)如表1、表2。

2.3 邊界條件

2.3.1 模型中地基底面即 的位置，在x、y、z三個方向施加位移約束；底部為粉土，為不排水。

2.3.2由于高速公路是典型的軸對稱問題，路的縱斷面即模型中 和 處，施加X方向位移約束；排水條件為不排水。

2.3.3路的橫斷面即模型中 和 處，施加Y方向的位移約束，路堤上部為自由面，所以無約束。上部為排水條件。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 沉降特性研究[3]

圖4表明：路面沉降規(guī)律為老路基沉降變化相對較小，而新路堤沉降變化相對比較大，這主要是由于新土基相對比較軟，在新路堤荷載作用下，發(fā)生了一定的沉降導(dǎo)致。針對于拓寬的這三種情況（拓寬4m、8m、12m），在不排水的情況下，在新路堤邊載的作用下，老路堤發(fā)生了少量的隆起，說明新路堤對老路堤起到一定的上伏作用，對于新老路堤交接處位移變化比較快，新路堤部分的沉降明顯大于老路堤的沉降，同時，隨著拓寬寬度的增加，路堤的沉降量也逐漸增大。

圖5表明：路堤拓寬對老路堤中心處的影響較小，隨著距離路基中心的距離的增加，路基的沉降量增大，整個曲線呈“勺子”狀，也就是說在新路堤坡角沉降量相對比較小，最大沉降位置發(fā)生在老路邊坡下面的位置，從最大沉降開始，越向外側(cè)沉降量減小，在更遠處路基還發(fā)生了少量的隆起，這是由于新路堤作為邊載與老路堤和相應(yīng)地基作用的結(jié)果。針對于圖中的三種工況，我們還能知道，隨著新路堤拓寬寬度的增加，新老地基表面的沉降量增大，但是新地基范圍內(nèi)的沉降變化更為顯著。

圖6表明：到填土完成時，地基表面的水平位移表現(xiàn)為在距老路地基較近的一側(cè)，出現(xiàn)向路堤中心擠壓的結(jié)果，隨著遠離老路中心，地基的水平位移表現(xiàn)為向老路堤外側(cè)移動，并逐漸增大，水平位移在新路地基范圍內(nèi)呈現(xiàn)維最大值，在向外側(cè)，水平位移出現(xiàn)減小趨勢。我們分析，這是由于加寬路堤的實際特點決定的，加寬路堤作為邊載作用到老路路堤邊坡和新路地基上，由于地基固結(jié)作用，老路地基已經(jīng)相對比較穩(wěn)定，在新路邊載作用下，變形比較小，而新路地基的變形就相對比較大，在新路堤的外側(cè)地基的作用下，新路堤范圍的靠近新路坡角的范圍水平位移是減小的。同時，我們在新路路堤的底部和8m處設(shè)置了土工格柵，土工格柵主要承受拉力，也是由于這種作用，會減小新老路地基的差異變形。比較三種模型的地基的水平位移，我們可以看到，隨著路堤加寬寬度的增加，水平位移逐漸增大，并且變化還是比較明顯的。

3.2 復(fù)合地基特性研究

管樁復(fù)合地基加固機理為褥墊層受上部基礎(chǔ)荷載作用產(chǎn)生變形后以一定的比例將荷載分?jǐn)偨o樁及樁間土，使二者共同受力，同時土體受到樁的擠壓而提高承載力，而樁又由于周圍土的側(cè)應(yīng)力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一個復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來的荷載，樁土應(yīng)力比是反映復(fù)合地基工作性狀的一個重要參數(shù)，是指復(fù)合地基中樁頂?shù)钠骄鶓?yīng)力和樁間土上的平均應(yīng)力比值，對復(fù)合地基穩(wěn)定性驗算和地基承載力計算有著重要的意義。

圖7表明：管樁—梅花型復(fù)合地基的路基樁體軸力形式為“紡錘”型，樁體的軸力最大值位于距離樁頂3/5位置處。此處稱為中性點，這正反映了褥墊層的影響，上下兩頭小，中間大。“紡錘”型是由于樁體刺入變形而造成的負摩阻力所引起的，它的存在加大了樁體的軸力。

對比圖7軸力圖和圖8摩阻力圖可以看出，樁身軸力最大的位置對應(yīng)的摩阻力為零。該位置是摩阻力的分界點，該位置的上部摩阻力為負值，下部為正值。

4 結(jié)論

4.1模擬發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過樁土復(fù)合地基處理的路堤沉降尤其是差異沉降是能夠滿足工程需要的，路基加寬是安全的。

4.2在實際工況的基礎(chǔ)上，分析了復(fù)合地基作用下的不同路基加寬寬度對變形的影響，總結(jié)其變形規(guī)律，為優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。

4.3分析了不同部位、不同樁體的作用效果，為復(fù)合地基設(shè)計提供理論依據(jù)。

4.4差異沉降是加寬工程的最大危害，如何降低差異沉降是工程成敗的一個關(guān)鍵。本項目經(jīng)過樁基和格柵的處理，差異沉降是在很小的范圍內(nèi)的，該設(shè)計方案是可行的。

參考文獻：

[1]劉波.韓彥輝.FLAC原理、實例與應(yīng)用指南.北京:人民交通出版社，2005.

[2]臧繼成，楊兵，翟福森.土工格柵處治填挖過渡段路基不均勻沉降試驗研究[J]. 公路交通技術(shù)，2006，(01) .

[3]錢家歡，殷宗澤. 土工原理與計算[M]. 北京:中國水利水電出版社，1996.