摘要 為克服粉細砂地質(zhì)對公路工程建設(shè)的不利影響，以某公路工程為依托，運用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的研究方法，論證了水泥改良粉細砂用作路基填料的可行性。研究表明：（1）路基單點沉降值和多點沉降值均呈“先增再減后穩(wěn)定”的變化趨勢，且沉降數(shù)據(jù)變化趨勢基本一致，表明改良土作為路基填料可滿足路基沉降控制要求；（2）路基中心線靜土壓力在時間上，表現(xiàn)為總體穩(wěn)定，小幅波動變化，在空間上隨深度變化呈近似線性關(guān)系，表明改良土填筑路基受力性能良好，滿足路基填筑需求。

關(guān)鍵詞 公路工程項目；粉細砂路基；路基沉降；受力特性

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0111-03

0 引言

粉細砂土層在我國分布廣泛，是公路工程建設(shè)常見的不良地質(zhì)，其力學(xué)性能、保水性能、自穩(wěn)性能較差，若不能有效處理，易造成路基開裂、崩壞等質(zhì)量弊病。為克服粉細砂地質(zhì)對公路工程建設(shè)的不良影響，該文結(jié)合某公路工程施工案例，通過數(shù)值模型分析和實地監(jiān)測相結(jié)合的研究方法，深入分析了石灰改良粉細砂填筑路基的沉降和受力特性，可為同類工程施工提供參考價值。

1 工程概況

某公路全長16.92 km，工程沿線粉細砂地質(zhì)分布廣泛，該類土體承載力性能、自穩(wěn)性能、顆粒級配較差，受外力作用極易松散位移，無法直接用作路基填筑材料。若外采優(yōu)良工程土，不僅工程成本過高，對工期延誤較大，且會造成大量資源浪費。經(jīng)研究，擬采用水泥改良粉細砂方案，加固沿線粉細砂地層。

2 水泥改良加固方案

2.1 水泥改良加固可行性的理論分析

理論計算模型，如圖1所示。

路床上層0.6 m填筑A組土，路床下層1.9 m填筑B組土，路堤填筑C組土，其中B組土為原狀土摻入A組土后的改良土，C組土為工程沿線細粉砂原狀土，路基地層主要參數(shù)如表1所示。

路基土體在設(shè)計荷載下的固結(jié)程度采用平均固結(jié)度法計算；地基在施工荷載、路基荷載及設(shè)計車載作用下產(chǎn)生的沉降變形采用經(jīng)驗系數(shù)法計算；路基在自身及設(shè)計車載下產(chǎn)生的主固結(jié)沉降，采用e-p曲線法計算，鑒于該工程沿線土體及改良土特性，此次研究不考慮次固結(jié)沉降；路基土體穩(wěn)定計算采用有效固結(jié)應(yīng)力法，路基邊坡穩(wěn)定性采用條分法計算，土條寬度為1.0 m，搜索半徑為0.5 m，圓心步長為1.0 m[1]。

路基中心處基底沉降最大，沉降量為8 mm，路基抗滑移系數(shù)為1.643，路基沉降數(shù)據(jù)、穩(wěn)定性均滿足設(shè)計要求，表明風(fēng)積沙水泥改良土工程性能良好，可滿足路基填料施工要求。

2.2 路基改良加固前后的數(shù)值模擬

以上述理論分析模型為研究依據(jù)，取表1數(shù)據(jù)參數(shù)，運用有限元分析軟件分別建立原狀土和改良土填筑路基的路基模型，對路基進行受力分析，如圖2所示。

對數(shù)值分析模型A、B、C這3個區(qū)域動應(yīng)力進行計算，發(fā)現(xiàn)3處區(qū)域動應(yīng)力最大值均出現(xiàn)在路基中心線位置，其動應(yīng)力值分別為71 kPa、38 kPa、13 kPa，且隨深度增加而減小。由以上結(jié)果可知：改良土在當前深度圍壓工況下，最大動強度為90 kPa，滿足路基填筑材料的設(shè)計和規(guī)范要求[2]。A、B、C，3個區(qū)域的沉降模擬計算結(jié)果顯示，3個區(qū)域沉降位置均處于路基中心線位置，其對應(yīng)沉降值分別為6.5 mm、3.1 mm、0.9 mm，且最大位移發(fā)生位置向左、右、下3個方向不均勻擴建，各向沉降數(shù)值隨之降低。路基改良前后的沉降速率、加速度峰值、最大動應(yīng)力及其衰減率對比如圖3所示。

路基改良前后對應(yīng)的基頂最大累積沉降分別為10.32 mm、7.62 mm，改良土填筑的路基沉降量降低26.16%，表明路基改良可有效控制基頂沉降[3]。

3 監(jiān)測分析

3.1 監(jiān)測概況

結(jié)合數(shù)值模型分析結(jié)果和現(xiàn)場工況，選擇K3+160和K3+180斷面作為監(jiān)測斷面，對路基沉降和土壓力進行現(xiàn)場監(jiān)測，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，檢驗數(shù)值模型分析結(jié)果的可靠性，為后續(xù)正式施工提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 單點沉降

在K3+160和K3+180斷面各布設(shè)兩個沉降檢測點，監(jiān)測點設(shè)置在路基中心線兩側(cè)3.95 m處，布設(shè)深度為1.70 m。沉降檢測結(jié)果表明：（1）單點沉降值前期增加較快，達到峰值后，開始趨于穩(wěn)定，可知改良土填料可有效控制路基沉降；（2）兩斷面各測點沉降量變化趨勢基本一致，且數(shù)值差異較小[4]。

3.3 多點沉降

根據(jù)數(shù)值模型分析結(jié)果，多點沉降測點布設(shè)于路基中心線，沉降數(shù)據(jù)通過沉降板監(jiān)測，通過控制沉降板埋深監(jiān)測不同深度路基沉降數(shù)據(jù)。多點沉降監(jiān)測結(jié)果顯示：（1）路基沉降隨深度增加而減小，K3+160和K3+180兩斷面基頂處，沉降值分別穩(wěn)定在12.66 cm、7.78 cm，在基頂5 m范圍內(nèi)，沉降值隨深度增加衰減較快，5 m以下測點幾乎無沉降；（2）K3+160斷面沉降變化曲線在基頂下4 m處重合，表明該斷面主要處沉降發(fā)生在基頂以下4 m范圍內(nèi)，更深處位置基本不發(fā)生沉降，K3+160斷面類似現(xiàn)象則出現(xiàn)在基頂以下5 m處。

3.4 土壓力強度

數(shù)據(jù)采集儀器采用靜土壓力盒。實地監(jiān)測和數(shù)值模型輸出的土壓力隨時間變化曲線如圖4所示，土壓力隨深度變化曲線如圖5所示。

分析圖4、圖5可知：（1）路基施工完成后，路基靜土壓力隨時間變化基本不變，數(shù)據(jù)波動波幅較總體幾乎可忽略；（2）路基土壓力隨空間深度增加，呈線性增加趨勢，基底處土壓力強度最大[5]。

4 結(jié)論

該文結(jié)合實體工程，運用數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的研究方法，深入分析了改良細粉砂路基沉降和受力特性，結(jié)論如下：

（1）采用原狀土填筑路基，基頂最大沉降值為10.32 mm；經(jīng)路基改良后，基頂最大沉降基本穩(wěn)定在7.62 mm，路基改良后基頂沉降值降低26.16%，證明改良土可有效控制路基沉降。

（2）路基沉降監(jiān)測結(jié)果顯示，路基沉降主要發(fā)生在基頂以下5 m范圍內(nèi)，5 m以下幾乎不發(fā)生沉降；基頂以下5 m范圍內(nèi)，各深度路基沉降值變化趨勢可大致分為3個階段，前期沉降值快速增加，中期沉降值增速放緩，后期穩(wěn)定在某個數(shù)值，且數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果一致，驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。

（3）路基靜土壓力施工后隨時間變化基本保持穩(wěn)定，雖存在小幅變化，但波幅相較于靜壓力穩(wěn)定值幾乎可忽略不計；路基土壓力隨空間深度增加，呈近似線性增加趨勢。研究驗證了水泥改良粉細砂方案的可行性，結(jié)合該工程原狀土調(diào)查結(jié)果，建議水泥摻配比為5%。

參考文獻

[1]唐競，趙云剛，許德鮮，等.不同埋深粉細砂層旁壓承載特性試驗研究[J].粉煤灰綜合利用，2020（6）：41-44+73.

[2]韓莉，徐韓寶，崔自治，等.銀川平原粉細砂的強度特性[J].土工基礎(chǔ)，2020（1）：33-36.

[3]徐旭，薛彥雨，張振雨，等.富水粉砂層鐵路路基注漿加固體力學(xué)特性及沉降規(guī)律研究[J].城市建筑，2021，18（24）：178-182+198.

[4]吳鵬.和若鐵路粉細砂包芯路基邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析[J].西部交通科技，2023（8）：168-173.

[5]李鑫.水泥改良粉細砂路基工后沉降及空間應(yīng)力分布研究[J].路基工程，2020（4）：5-10.

收稿日期：2024-04-22

作者簡介：王連平（1990—），男，本科，助理工程師，主要從事公路工程施工技術(shù)工作。