中圖分類(lèi)號(hào)：U416. 1⁺ 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.017

文章編號(hào)：1673-4874（2025）04-0059-04

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，早期建設(shè)的公路基礎(chǔ)設(shè)施顯然不能滿足日益增長(zhǎng)的交通量需求我國(guó)土地遼闊，地形地貌復(fù)雜，在軟弱地基上建設(shè)公路也成為發(fā)展的需要。軟黏土具有高孔隙率、軟弱滲透性和低剪切強(qiáng)度等特點(diǎn)，導(dǎo)致在軟土區(qū)建設(shè)的道路易發(fā)生不均勻沉降，甚至發(fā)生失穩(wěn)等病害，對(duì)交通安全造成極大的威脅[1-4]。為了提高軟土地區(qū)填方路基的穩(wěn)定性，常采用各種加固技術(shù)，如預(yù)壓法、攪拌樁、石灰樁、土工合成材料等[5。這些加固措施不僅能提高地基的承載力，還能有效控制路基的沉降和側(cè)向位移，確保路基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。目前，學(xué)者對(duì)于軟土地區(qū)填方路基穩(wěn)定及加固措施已進(jìn)行大量的研究，劉光明對(duì)國(guó)內(nèi)外典型案例進(jìn)行總結(jié)分析，歸納出軟土路基沉降特性和處治措施。曾勇等為解決軟土地基變形導(dǎo)致路面不均勻沉降問(wèn)題，利用有限元軟件，對(duì)泡沫輕質(zhì)土填筑不同高度、密度和彈性模量的路堤進(jìn)行了理論探究。周全能8通過(guò)對(duì)比不同推算方法計(jì)算后期沉降，提出Asaoka法的推算結(jié)果與實(shí)測(cè)值最為接近。陜耀等[9依托實(shí)體工程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究了軟土地區(qū)鋼套管鉆孔灌注樁施工對(duì)路基變形的影響。楊新安、郭樂(lè)等[10-11]依托實(shí)體工程，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)手段研究了軟土地區(qū)路基的變形及穩(wěn)定規(guī)律。崔凱、李濤等[12-13]依托實(shí)體工程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果，研究了軟土地區(qū)路基沉降的預(yù)測(cè)方法。

本文旨在結(jié)合某工程實(shí)際，采用數(shù)值模擬方法研究軟土地區(qū)填方路基的沉降變形特性及加固措施，以期為軟土地區(qū)路基的設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)，為類(lèi)似工程提供有益的參考和借鑒。

1 工程概況

本文依托工程位于廣西某在建公路，該公路建址屬軟土地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，土體主要為高含水量、低抗剪強(qiáng)度和高壓縮性的軟土層。為滿足交通運(yùn)輸需求，需進(jìn)行大規(guī)模的填方路基建設(shè)。工程總長(zhǎng)為5km，填土高度平均為 5m₀ 由于軟土特性，路基容易出現(xiàn)沉降、側(cè)向位移等問(wèn)題，施工現(xiàn)場(chǎng)采用預(yù)制管樁處理軟土地基，以提高地基承載力，控制沉降，確保路基的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期使用性能。

2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

2.1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方案

為研究管樁處理軟土地區(qū)填方路基穩(wěn)定變形特性，本試驗(yàn)選取現(xiàn)場(chǎng)某路段進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，該路段采用管樁處理軟土地基，并采用單點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)路基位移，分路段斷面沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

圖1測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

由圖1可知，路基高度為5m，在路基深度為2m處布設(shè)三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別為測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3，兩測(cè)點(diǎn)間距為3.5m，測(cè)點(diǎn)1距路基邊緣為 12m 。監(jiān)測(cè)時(shí)間為1年，前半程路基沉降量變化較大，監(jiān)測(cè)周期為5d1次；后半程由于沉降量趨于不變，監(jiān)測(cè)周期改為每月1次。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)一年的監(jiān)測(cè)，對(duì)三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的路基沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析其沉降規(guī)律。各測(cè)點(diǎn)沉降和沉降速率的關(guān)系如圖2至圖4所示。

由圖2可知，路基沉降可劃分為起始沉降期、快速沉降期和沉降穩(wěn)定期三個(gè)階段，其中初始沉降期是在路堤填筑后40d以?xún)?nèi)，此時(shí)沉降逐步增加，而沉降速率較小，均 lt;1mm/d 路基填土后40～100d內(nèi)發(fā)生快速沉降，此時(shí)地基的沉降顯著增加，40d時(shí)路基的累計(jì)沉降為27.61mm ，而100d時(shí)已迅速增加至110. 32mm 。此時(shí)，路基的沉降速率也有一定的波動(dòng)，但與初始沉降期相比有很大的提高，且沉降速率均 gt;2mm/d ，最大沉降速率為 2.41mm/d 沉降穩(wěn)定期主要為路基填筑完成后100～370 d，此階段路基累計(jì)沉降已無(wú)明顯變化，路基沉降已趨于穩(wěn)定。其原因主要是，100d內(nèi)在自重條件下，路基固結(jié)沉降已基本完成。

圖2測(cè)點(diǎn)1沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖

由圖3可知，測(cè)點(diǎn)2的沉降量與沉降速率隨時(shí)間的變化曲線與測(cè)點(diǎn)1類(lèi)似，路基沉降也可分為三個(gè)階段，即起始沉降期、快速沉降期及沉降穩(wěn)定期。起始沉降期主要為路基填筑完成后的40d內(nèi)，快速沉降期為路基填筑完成后的40～100d內(nèi)，沉降穩(wěn)定期為填筑完成后 100～ 370d 測(cè)點(diǎn)2最終沉降趨于105.54mm，與測(cè)點(diǎn)1相比測(cè)點(diǎn)2最終沉降減小了 5% 。其原因在于路基內(nèi)部承受的豎向應(yīng)力較大，而邊緣部位應(yīng)力相對(duì)較小，應(yīng)力越大，土體的壓縮變形也就越大；同時(shí)路基邊緣受到周?chē)馏w的側(cè)向約束作用，使得邊緣部位的沉降受到限制。

圖3測(cè)點(diǎn)2沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖

由圖4可知，測(cè)點(diǎn)3的總沉降量與沉降速率隨時(shí)間的變化曲線與測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2相似，均分為起始沉降期、快速沉降期及沉降穩(wěn)定期。起始沉降期主要為路基填筑完成后的40d內(nèi)，其路基累計(jì)沉降量逐漸增大，但相比測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2其累計(jì)沉降量最大值有所減小，測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3在該階段的累計(jì)沉降量最大值分別為27.1mm、21.7mm、16.5mm；在40～100d內(nèi)，測(cè)點(diǎn)3路基累計(jì)沉降量也顯著增大，但較與測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2相比仍有所減?。?00d后，路基累計(jì)沉降無(wú)明顯變化，路基趨于穩(wěn)定。值得注意的是，在累計(jì)沉降量趨于穩(wěn)定后，測(cè)點(diǎn)3的路基累計(jì)沉降值為97. 1mm ，相比測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2的路基沉降量分別減小了15. 2% 和8. 1% 。其原因主要在于路基邊緣受到周?chē)馏w的側(cè)向約束作用，使得邊緣部位的沉降受到限制，且測(cè)點(diǎn)3較測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2離路基邊緣位置更近。

圖4測(cè)點(diǎn)3沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖

3數(shù)值模擬計(jì)算

3.1模型的建立

本文以廣西某高速公路為研究背景，采用FLAC3D有限元軟件，將模型簡(jiǎn)化為二維平面應(yīng)變問(wèn)題。由于道路為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，選取右側(cè)建立數(shù)值模型。模型由路面、路基、管樁復(fù)合地基土層等組成，如圖5所示。

圖5數(shù)值仿真計(jì)算模型圖

由圖5可知，路面寬度為9m、路堤坡度為 1：1.5 路基高度為5m、路基下方軟土層厚度為20m、軟土層采用管樁處理（樁長(zhǎng)為15m、樁徑為 0.5m 樁距為 2m; ，為減小邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，地基長(zhǎng)度為 50m。

3.2計(jì)算參數(shù)取值

數(shù)值模擬計(jì)算模型中，各種材料計(jì)算參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的工程地質(zhì)勘查資料和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1各種材料計(jì)算參數(shù)表

3.3數(shù)值模擬計(jì)算工況

本文采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，分別模擬計(jì)算實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件、不同路基厚度、不同管樁參數(shù)的沉降數(shù)據(jù)。工況計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表2數(shù)值模擬計(jì)算工況表

3.4數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析

3.4.1 可行性分析

現(xiàn)場(chǎng)相同條件下路基沉降量變化曲線與數(shù)值模擬計(jì)算穩(wěn)定值的對(duì)比如圖6所示。

圖6數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比曲線圖

由圖6可知，施工完成后1年內(nèi)，測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3沉降先緩慢增大，隨后快速增大，最終趨于穩(wěn)定，且其最終沉降量分別趨于 -114mm_?-106mm_?-98mm_? 而根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工況（路基高度為 5m 、樁長(zhǎng)為15m、樁徑為0.5m 樁距為2m）數(shù)值模擬得出來(lái)測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3的沉降量最終分別為125mm、118mm、 111mm ，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果誤差分別為 11mm 12mm 、13mm，且數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)律相同，試算結(jié)果表明本模型邊界效應(yīng)的影響可忽略不計(jì)。

3.4.2不同路基高度對(duì)路基沉降的影響

不同路基高度條件下，路基不同位置沉降量如圖7所示。

3.4.3不同管樁參數(shù)對(duì)路基沉降的影響

3.4.3.1不同管樁樁長(zhǎng)

不同管樁樁長(zhǎng)條件下，路基不同位置沉降量如圖8所示。

圖8不同管樁樁長(zhǎng)條件下各位置沉降量曲線圖

由圖8可知，不同管樁樁長(zhǎng)條件下，其不同位置沉降量變化規(guī)律相同，均隨著距路基左端位置距離的增加而減小，且隨著管樁樁長(zhǎng)的增加，其沉降量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。以距路基左端位置4.5m為例，管樁樁長(zhǎng)分別為 5m ，其沉降量分別為71.99mm、95.99mm、119.99mm、131.99mm。其原因主要在于管樁樁長(zhǎng)提高了地基剛度，意味著地基土體具有較高的抗壓縮能力、均勻性和剪切強(qiáng)度，從而在承受路基荷載時(shí)變形較小，導(dǎo)致路基沉降較少。在工程實(shí)踐中，提高管樁長(zhǎng)度可有效提高地基的剛度，從而達(dá)到控制路基沉降的目的。

3.4.3.2 不同樁距

不同管樁樁距條件下，路基不同位置沉降量如圖9所示。

圖7不同路基高度各位置沉降量曲線圖

由圖7可知，不同路基高度條件下，其不同位置沉降量變化規(guī)律相同，均隨著距路基左端位置距離的增加而減小。其原因在于路基內(nèi)側(cè)受到很大的垂直應(yīng)力，而路基邊沿的應(yīng)力卻很?。煌瑫r(shí)周邊土對(duì)地基產(chǎn)生了橫向約束，從而限制了邊界的沉降。隨著路基高度的增加，其沉降量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，以距路基左端位置4m為例，路基高度分別為 3，0，4m，5m，6m 時(shí)，其沉降量分別為107.21mm、113.63mm、121.25mm、129.32mm。其原因在于隨著路基高度的增加，路基下部土體所承受的應(yīng)力也會(huì)增大，導(dǎo)致土體發(fā)生更大的壓縮變形，引起沉降增加；同時(shí)，路基高度越高，土體的固結(jié)時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加，路基沉降也相應(yīng)增加。

圖9不同管樁樁距條件下各位置沉降量曲線圖

由圖9可知，不同管樁樁距條件下，其不同位置沉降量變化規(guī)律相同，均隨著距路基左端位置距離的增加而減小，且隨著管樁樁距的增加，其沉降量均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，以距路基左端位置4.5m為例，管樁樁距分別為 ，1.5m、2m、2.5m，其沉降量分別為125.99mm、119.99mm、107.99mm、101.99mm。其原因主要在于管樁樁距的增加降低了地基剛度，而剛度小的地基土體承載力低，在荷載作用下容易產(chǎn)生過(guò)大的變形和沉降。地基剛度小，意味著地基土體具有較低的抗壓縮能力、均勻性和剪切強(qiáng)度，從而在承受路基荷載時(shí)變形較大，導(dǎo)致路基沉降較大。

4結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合廣西某在建公路的特點(diǎn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬，研究了軟土地區(qū)填方路基的變形及加固措施，并得到如下結(jié)論：

（1）施工結(jié)束后，路基沉降可劃分為起始沉降期、快速沉降期和沉降穩(wěn)定期三個(gè)階段，且快速沉降能在100d內(nèi)完成。（2）不同路基高度、不同管樁處理?xiàng)l件下，軟土地基填方路基邊緣沉降均小于其內(nèi)部沉降，且越靠近邊緣，路基沉降越小。（3）隨著路基高度的增加，軟土地區(qū)填方路基沉降呈增大趨勢(shì)。（4）隨著樁間距的增加沉降量逐漸減小，隨著樁長(zhǎng)的增加沉降量逐漸增加。 °ledast

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收稿日期：2024－11-20