張 帥，張 軒

（1.廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東 廣州 510000；2.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

考慮容許縱坡差的軟土路堤預(yù)拋高預(yù)測

張 帥1，張 軒2

（1.廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東 廣州 510000；2.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

預(yù)拋高在公路工程中的應(yīng)用已越來越廣泛。針對(duì)目前規(guī)范對(duì)預(yù)拋高在軟土路堤處置設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不明確的情況，利用固結(jié)理論研究了路基填土過程中的受力和變形特性。依據(jù)容許縱坡值定義，針對(duì)不同軟土厚度、路堤填筑高度和工后沉降穩(wěn)定時(shí)間，通過施工過程加載沉降量推算預(yù)拋高值，導(dǎo)出了路堤預(yù)拋高計(jì)算公式。結(jié)合工程實(shí)例，將計(jì)算后的工后沉降、預(yù)拋高量進(jìn)行了比較分析。該方法可以用于一般路段的預(yù)拋高預(yù)測。

預(yù)拋高；路堤；灰色理論；軟土

0　引言

在行車荷載和路堤荷載的作用下，路基和橋梁過渡段會(huì)產(chǎn)生較大的工后沉降。由于過渡段兩側(cè)剛度的差異，工后沉降通常是不均勻的，過大的差異沉降會(huì)導(dǎo)致上覆路面中的瀝青或水泥混凝土面層產(chǎn)生附加彎拉應(yīng)力，加劇路面結(jié)構(gòu)的破壞，宏觀表現(xiàn)即為路面產(chǎn)生橫向裂縫和行車的橋頭跳車，極大地影響路面的使用功能。

預(yù)拋高是指在路基填筑到路床頂面至路面通車后若干年這段時(shí)間內(nèi)，根據(jù)實(shí)測的荷載-時(shí)間-沉降曲線預(yù)測路基沉降量，并將此沉降量預(yù)先填筑在路基上，以延緩過渡段沉降，確保路基施工工期、工后沉降及工程質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

目前，許多工程均采用了預(yù)拋高技術(shù)解決工后沉降［1，2］，但針對(duì)預(yù)拋高值目前仍處于研究階段。潘劍波等［3］利用施工期實(shí)測沉降進(jìn)行了雙曲線擬合；羅丹等［4］依據(jù)固結(jié)理論計(jì)算任一時(shí)刻地基沉降，并以實(shí)測沉降和計(jì)算沉降均方差為目標(biāo)函數(shù)，反推了預(yù)拋高計(jì)算公式。盛維高［2］考慮下臥層主固結(jié)沉降，提出了預(yù)拋高計(jì)算方法，并進(jìn)行了驗(yàn)證。上述方法由于樣本容量有限，而軟土物理力學(xué)性質(zhì)差別較大，同時(shí)僅依靠工后沉降較難表征軟土路堤過渡段差異沉降性質(zhì)，因此需要考慮多種因素影響，對(duì)預(yù)拋高值進(jìn)行改進(jìn)。

1　容許縱坡差計(jì)算

在軟土路段，由于不均勻沉降會(huì)使路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，一旦這種附加應(yīng)力與車輪荷載產(chǎn)生的荷載應(yīng)力之和大于路面結(jié)構(gòu)層材料的強(qiáng)度，路面的結(jié)構(gòu)將會(huì)被破壞。

圖1中所示情況主要特征是橋面縱坡與搭板縱坡不相等，兩者之差（ib-i）稱為縱坡差，其大小對(duì)橋頭行車平順性影響較大。若縱坡差很大，即使設(shè)置橋頭搭板，高速行駛的車輛仍會(huì)在橋頭出現(xiàn)嚴(yán)重的跳車現(xiàn)象。周虎鑫等［6］對(duì)瀝青混凝土路面進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，假定路堤為彈性力學(xué)中的平面應(yīng)變體，層與層之間完全連續(xù)底基層層底與地基頂面的豎向應(yīng)力和豎向位移連續(xù)。

圖1　容許縱坡差的計(jì)算圖式［5］

根據(jù)羊曄等［7］過渡段實(shí)測的工后沉降的縱向分布規(guī)律可知，過渡段的工后沉降基本都是連續(xù)的，成S形分布，因此一般軟土路堤以“連續(xù)型”過渡段（見圖2a）為研究對(duì)象，不考慮路基發(fā)生局部沉陷、橫坡變化及遇結(jié)構(gòu)物等情況的錯(cuò)臺(tái)形式（見圖2b）。

由圖1所示幾何關(guān)系，可得到橋臺(tái)基礎(chǔ)和搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端下土體之間的差異沉降為

圖2　過渡段差異沉降形式［7］

2　預(yù)拋高計(jì)算

設(shè)置路堤預(yù)拋高后，預(yù)拋高可按照下式進(jìn)行計(jì)算

式中：ha為路堤預(yù)拋高量；S∞為路基工后殘余沉降；St0為路面結(jié)構(gòu)施工完成后預(yù)測沉降。

目前研究成果表明，路基填筑期和路面施工期預(yù)拋高的分析均應(yīng)根據(jù)實(shí)測沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。針對(duì)估算路堤預(yù)拋高，引入沉降穩(wěn)定控制時(shí)間概念。沉降穩(wěn)定控制時(shí)間是指設(shè)置路堤預(yù)拋高后，路面實(shí)際高程大于設(shè)計(jì)高程，在通車后某一控制時(shí)刻，路面高程下沉到設(shè)計(jì)高程。根據(jù)容許縱坡差的定義，板遠(yuǎn)離臺(tái)端下土體容許工后沉降量即為工后殘余沉降S∞。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)研究成果，對(duì)于一般路段，沉降發(fā)展符合下列公式

將式（2）及式（4）帶入式（3），有

式中：Δh路面結(jié)構(gòu)厚度；ρ1、ρ2為路面結(jié)構(gòu)層重度、路堤填土重度；k為修正系數(shù)。

將式（7）帶入式（5），有

式（8）即為考慮容許縱坡差的一般路段預(yù)拋高計(jì)算公式。根據(jù)相關(guān)研究［2-5］，高等級(jí)道路可取作為最大容許縱坡差。

3　工程實(shí)例

東部沿海某城市主干路，根據(jù)勘察成果，場區(qū)分布有淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，軟土最大厚度為20 m。該道路采用堆載預(yù)壓進(jìn)行地基處理，路線長度12 km。由于各段交地時(shí)間前后不一，路段堆載時(shí)間最小值為7個(gè)月，最大值為15個(gè)月。為保證通車后全路段平整，采用預(yù)拋高處理，最終選取K3+600斷面進(jìn)行分析。該斷面路基填土高度為3 m。從圖3可以看出，填土均為小數(shù)量添加，且加載卸載過程較為明顯，整個(gè)加載過程呈鋸齒形。如圖3、圖4所示，利用實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，相關(guān)系數(shù)達(dá)到。這表明，總體上填土厚度-沉降數(shù)據(jù)序列可以較好地用式（4）描述的曲線規(guī)律進(jìn)行發(fā)展。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，算得α、β的值為0.245及0.866，預(yù)測路堤最終沉降量為172.35 cm，預(yù)測工后沉降為26.58 cm，算得預(yù)拋高值為5.2～9.3 cm。

圖3　路堤填土-沉降時(shí)間曲線圖

圖4　路堤擬合關(guān)系圖

4　結(jié)語

本文通過開展離心模型試驗(yàn)研究了干砂和飽和砂地基中大直徑單樁分別在水平靜力和循環(huán)荷載作用下的特性。初步結(jié)論與建議如下：

（2）一般軟土路堤采用“連續(xù)型”過渡段。

（3）常規(guī)雙曲線法、指數(shù)法預(yù)測路堤預(yù)拋高值較難反映出容許縱坡差的要求，需要考慮其對(duì)預(yù)拋高公式進(jìn)行修正。

［1］胡鐵權(quán).高速公路路堤沉降引起的路堤標(biāo)高及寬度問題的研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2002.

［2］盛維高.高速公路軟基路堤預(yù)拋高對(duì)工后沉降的影響研究［D］.南京：河海大學(xué)，2007.

［3］潘劍波.軟土地區(qū)高速公路路基預(yù)拋高實(shí)用計(jì)算方法［J］.廣東建材，2002（9）:68-70.

［4］羅丹，程欣，洪寶寧.高速公路軟基段路床預(yù)拋高問題研究［J］.南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（4）:100-104.

［5］交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院.公路路基設(shè)計(jì)手冊(cè)（路基）［M］.2 版.北京：人民交通出版社，1996.

［6］周虎鑫，陳榮生.高等級(jí)公路工后不均勻沉降指標(biāo)研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，26（1）:54-56.

［7］羊曄，劉松玉，鄧永鋒.軟土地基過渡段差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，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

張帥（1985-），男，甘肅武威人，碩士，工程師，從事道路工程等方面的設(shè)計(jì)工作。