侯春營　羅利娟

[摘要]為節(jié)約成本，利用樂雅高速沿線分布的冰水堆積土填筑路堤，需對(duì)冰水堆積土的級(jí)配、壓實(shí)性能和沉降規(guī)律等路用性質(zhì)進(jìn)行研究。利用顆粒分析，重型擊實(shí)，滲透試驗(yàn)等室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)冰水堆積土的填料可行性進(jìn)行了分析，采用有限元軟件MIDAS模擬計(jì)算了樂雅高速典型斷面，對(duì)冰水堆積土的填筑方案進(jìn)行了對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上研究了冰水堆積土路堤的沉降規(guī)律。研究結(jié)果表明采用夾層法后冰水堆積土可以用于填筑路堤。

[關(guān)鍵詞]冰水堆積土;壓實(shí)性;沉降;有限元模擬 文章編號(hào)：2095 -4085 （2019） 04 -0005 -03

冰水堆積土是由于冰川的刨蝕作用和搬運(yùn)作用最終沉積下來而形成的一種土，在中國西南地區(qū)的高山、極高山以及周邊地區(qū)有一定分布。從工程分類上冰水堆積土一般屬于巨粒土、塊石土或碎石土[2]。各地冰水堆積土的顆粒組成和成分并不一致，有較大變化，其級(jí)配與壓縮性質(zhì)與工程填料要求存在一定差異，因此在條件允許情況下很少用于填方工程[3]。樂雅高速公路有大量填方工程，對(duì)填方土料有極大的需求量。對(duì)于這種情況，工程上通常采取“因地制宜、就地取材”原則就近解決，因此樂雅高速沿線附近廣泛分布的冰水堆積土就得到了重視。為了能夠應(yīng)用冰水堆積土填筑路堤，就必須對(duì)其路用特性和壓實(shí)性等進(jìn)行研究，明確其路用屬性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究冰水堆積土填筑路堤后的沉降規(guī)律。

冰水堆積土在我國的應(yīng)用極少，在工程上作為路基填料的應(yīng)用僅有與樂雅高速公路情況類似的雅瀘高速，相關(guān)理論研究也不充分。張雙永，呂大偉等[4-7]通過現(xiàn)場勘查和室內(nèi)外試驗(yàn)，對(duì)冰水堆積土進(jìn)行了相應(yīng)研究。目前其在高速公路上的應(yīng)用還較少，且由于冰水堆積土構(gòu)成的多變性可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)也不多，需要展開進(jìn)一步的研究。為了利用樂雅高速沿線分布的冰水堆積土作為路基填料，需要對(duì)其組成，級(jí)配，壓實(shí)性及填筑后沉降等相關(guān)問題進(jìn)行研究。本文在分析樂雅高速沿線分布的冰水堆積土組成，級(jí)配的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究冰水堆積土路堤的可行性填筑方案，并借助有限元手段對(duì)其沉降規(guī)律進(jìn)行研究。

1 冰水堆積土填料性質(zhì)

經(jīng)過前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)沿線冰水堆積土主要呈兩種形態(tài)，第一種的主要成分是高液限粘土，含礫粘土，其中黏土含量占80%左右，且含水量高達(dá)40%左右，無法作路基填料。第二種主要以卵石質(zhì)粘土組成，厚度4m～ 28m。卵石成分以花崗巖，變質(zhì)砂巖為主，多呈強(qiáng)～全風(fēng)化狀態(tài)，卵礫石占22%～ 43%，含水量30%左右，該冰水堆積層經(jīng)過處理后可以作路基填料。

通過室內(nèi)試驗(yàn)確定，樂雅高速沿線第二種代表性冰水堆積土土樣含水率范圍20. 3%—27. 9%，經(jīng)重型擊實(shí)試驗(yàn)可得填料最佳含水量為22. 3%時(shí)，最大干密度為1. 86g/cm3。對(duì)代表性土樣進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)冰水堆積土樣粗顆粒含量和細(xì)顆粒含量都占有較大比例，但是中間粒徑含量較少。通過滲透試驗(yàn)測定冰水堆積土試樣的滲透系數(shù)為=4. 21 xl0 -7cm/s。5.Omm以下含量超過62. 82%，表示細(xì)顆粒含量較大，土樣排水不暢。綜合分析可知，樂雅路沿線冰水堆積土不適宜直接作為高速公路路基填料。

2冰水堆積土路堤填筑方案

為了實(shí)現(xiàn)冰水堆積土填筑路堤必須對(duì)冰水堆積土采用特殊施工方法，即夾層法。具體方法如下。在路堤填筑時(shí)，首先填筑一層砂礫石用以提高路堤填土的排水性能，同時(shí)改良冰水堆積土的壓實(shí)性能。第二層填筑冰水堆積土，并以此類推。采用夾層法填筑路堤可以為冰水堆積土提供良好的排水通道，實(shí)現(xiàn)較好的壓實(shí)效果，降低工后沉降，以滿足高速公路的沉降要求。但是由于冰水堆積土的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，還需要對(duì)路堤的填筑厚度進(jìn)行深入分析以達(dá)到較好的施工效果。

為了研究冰水堆積土的合理填筑厚度及其沉降規(guī)律，采用大型有限元軟件MIDAS進(jìn)行模擬計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上對(duì)填筑后的路堤的沉降規(guī)律進(jìn)行研究。

2.1模型的構(gòu)建

高速公路呈帶狀分布，所以選取樂雅高速的一個(gè)典型斷面l延米長為原型進(jìn)行分析，將復(fù)雜的三維問題轉(zhuǎn)化為二維平面問題，以典型斷面的變形特性分析路堤整體的沉降變形特性。通過分析樂雅高速幾個(gè)斷面，最終選取的代表性路堤為填高lOm、填方路堤頂部寬度為28m，填方路堤底面的寬度為52m。邊坡坡度1：1.5。根據(jù)相關(guān)模擬計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，地基厚度可以按照地基壓縮層厚度取值即3倍路堤高度30m，模擬計(jì)算寬度取3倍路堤底面寬度即156m。邊界條件如下。地基底面約束X方向和Z方向，Y方向自由，地基兩側(cè)約束相同。網(wǎng)格劃分采用面映射網(wǎng)格劃分，其中單元采用PLANE42平面單元。根據(jù)地勘報(bào)告和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，冰水堆積土計(jì)算參數(shù)：重度20kN/m3，E為30MPa，c取55kPa，ψ取18°砂礫石層計(jì)算參數(shù)：重度25 kN/m3.E為28MPa，c取6kPa，ψ取36°。地基土計(jì)算參數(shù)：重度19 kN/m3，E為17MPa，c取llkPa，‘D取130。

為明確冰水堆積土的壓實(shí)性質(zhì)以及冰水堆積土夾層填筑砂礫石的壓實(shí)性質(zhì)，共進(jìn)行三組模擬計(jì)算，分別為冰水堆積土層30cm厚+砂礫石層30cm厚，冰水堆積土層50cm厚+砂礫石層50cm厚。

2.2結(jié)果分析

模擬計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2所示。

從圖1-2可以看到，路基的最大沉降均發(fā)生在路基中線位置，從路基中線到路肩沉降量略有減小。采用冰水堆積土填筑路堤最大沉降量為45cm，各層土的沉降量較為一致但層與層之間的沉降又一定的差距，這是因?yàn)楸逊e土中以粗顆粒為主，包含有一定細(xì)顆粒，缺少中間粒徑導(dǎo)致其壓實(shí)性能不好，填筑路堤后產(chǎn)生的較大的沉降。與冰水堆積土填筑路堤類似，采用砂礫石50cm厚夾冰水堆積土50cm的填筑方法壓實(shí)效果也并不太好，各層土之間的沉降量仍然有一定差距。每層填筑30cm最大路基沉降約為25.08cm，各層土沉降很均勻，是填筑密實(shí)的表現(xiàn)。這是因?yàn)樯暗[石層不但改良了冰水堆積土的級(jí)配情況為冰水堆積土層提供了良好的排水通道，為冰水堆積土層的固結(jié)沉降提供了有利條件。

根據(jù)以上分析，可以發(fā)現(xiàn)按照冰水堆積土層30cm厚+砂礫石層30cm厚的填筑方法填筑的路堤具有較好的壓實(shí)性，沉降量較小，滿足規(guī)范要求。3路基沉降規(guī)律分析

工后沉降規(guī)律分析選取模型為冰水堆積土層30cm厚+砂礫石層30cm厚的模型，沉降模擬時(shí)間為一年，荷載因子為0. 25。沉降圖如圖3-6所示。

從圖5-6可以看出，路基填筑完成后的工后沉降初期前90d路堤發(fā)展較快，沉降速率約為0.22mm/d一0.34mm/d。超過90d以后，路堤的沉降速率迅速降低并趨于平緩。90d以后路堤沉降速率大約在0. OOlmm/d～0.002mm/d之間，

并且隨著時(shí)間的增加逐漸降低，270d以后沉降量基本穩(wěn)定，沉降速率基本趨于零。90d工后沉降大約28cm，180d工后沉降大約29cm，一年以后沉降量約為30cm，且基本穩(wěn)定。說明固結(jié)隨著時(shí)間的變化開始較快是因?yàn)橥林械目紫端畨毫νㄟ^下層砂礫石中的通道迅速排出，沉降較快，當(dāng)孔隙水壓力完全消散固結(jié)完成，沉降基本不再變化，此時(shí)可以進(jìn)行路基上部施工。

4結(jié)論

1.采用MIDAS軟件對(duì)冰水堆積土填筑路基的幾種方法進(jìn)行了模擬分析，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)冰水堆積土層30cm厚+砂礫石層30cm厚的夾層法填筑路堤可以達(dá)到較好的壓實(shí)性，能夠作為路堤填料使用。

2.冰水堆積土層30cm厚+砂礫石層30cm厚夾層法填筑路堤沉降規(guī)律與一般路堤規(guī)律相似，經(jīng)一年沉降后能基本穩(wěn)定，沉降量小于30cm，滿足施工要求。

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