祁冷公路原有路基荷载作用对加宽工程路基沉降变形的影响分析

雷 迅

(湖南省永州公路桥梁建设有限公司，湖南 永州 425000)

祁冷公路原有路基荷载作用对加宽工程路基沉降变形的影响分析

雷 迅

(湖南省永州公路桥梁建设有限公司，湖南 永州 425000)

结合祁阳县城至冷水滩公路实际情况，针对公路加宽工程新路基沉降变形受旧路基荷载作用的影响，采用建模计算法，在明确软基性能改善是影响新路基沉降主要因素的基础上，提出了沉降变形影响机理与其他影响因素，以此为公路加宽工程设计与施工提供可靠的依据。

公路加宽工程；旧路基荷载；新路基沉降变形

1 工程概况

祁阳县城至冷水滩公路为一级公路，路面宽24.5 m，与2014年年底建成通车。本工程起点位于祁阳县灯塔路口与祁阳大道交汇处(祁阳县城至冷水滩公路桩号K0+000)，至于詹家大桥(祁阳县城至冷水滩公路桩号K2+242)。根据祁阳县最新规划，祁阳县城至冷水滩公路K0+000～K2+242段按城市道路标准扩建至60 m宽，采用双向六车道设计，全程设计时速为80 km/h。

公路沿线分布有软土地基，原路基下方软基因长期受到交通荷载作用，其工程性质已出现明显变化。为明确这一变化程度，截选三段软基对其实施钻孔研究，研究结果表明，地基性能得到有效改善。其中，一处具有代表性的软基性能指标如表1所示。

表1 软基性能指标

根据软基的液性指数可以算出软土的固结压力，计算公式为

pc=10(2.90-0.96lL)

(1)

由此可得软土早期固结压力大小：旧路基中心线上的软土从25.8 kPa递增至42.9 kPa；旧路基坡脚处无明显变化，说明旧路基中心线上的软土受到了较大的荷载，在压缩变形作用下，性能得以明显改善。由于受到路基荷载，旧路基性能得到了明显的改善，会对加宽路基造成一定影响，尤其是沉降变形。

2 构建模型

2.1 程序与本构模型

程序选用Plaxis，并采用15节点高阶三角形单元。

2.2 模型构建总体思路

计算模型如图1所示。

(1)首先将旧路基视作梯形荷载施加，然后将新路基视作梯形路基实施填筑，以此忽视新旧路基相互作用，考虑新路基的沉降变形受旧路基荷载的影响，见图1(a)。

(2)不对旧路基进行填筑，直接将新路基视作梯形路基实施填筑，见图1(b)，以此在忽视新旧路基相互作用的同时，也不考虑新路基的沉降变形受旧路基荷载的影响，见图1(c)。

通过对比即可清晰观察到加宽工程沉降变形受旧路基荷载作用。

图1 计算模型

3 结果分析

3.1 沉降变形影响机理

图2中的(a)、(b)为加宽路基上的荷载在新路基中心处以及旧路基中心处使竖向附加应力与竖向应变伴随地基深度变化的变化曲线。竖向附加应力计算公式为

(2)

(1)新路基沉降变形所受影响

如果忽略旧路基荷载造成的影响，竖向附加应力与地基深度成反比。而在考虑旧路基荷载造成的影响时，竖向附加应力在0～15 m的地基深度区间中不断减小，但幅度较小，究其原因，主要为由于受到旧路基荷载造成的影响，使得地基软土产生一定压缩变形而变硬，加速了应力扩散作用，最终使相同深度中应力不断减小。

另外，如果忽略旧路基荷载造成的影响，竖向应变也和地基深度成反比。而在考虑旧路荷载造成的影响时，竖向应变在0～20 m的地基深度区间中大幅减小，究其原因，部分是由竖向应力不断减小引起，但主要原因仍然是软土硬化。

图2 新、旧路基中心处竖向应力、应变 与地基深度间的关系

(2)旧路基沉降变形所受影响

如果忽略旧路基荷载造成的影响，旧路基中心处竖向应力随地基深度的不断增加而先增后减，最大值出现于20～40 m的地基深度区间中，且比新路基在相同深度条件下的竖向应力大。究其原因，主要为新路基荷载所引起的应力在路基中心处叠加，所以在软土层足够厚时，发生在新旧路基间的沉降有可能明显减小。相比之下，如果忽略旧路基荷载造成的影响，在20～50 m的地基深度区间中，竖向应力显著增大，其原因和以上分析提出的新路基下方竖向应力不断减小完全一致。

3.2 主要影响因素

(1)路基高度

不论考虑旧路荷载造成的影响与否，新路基的沉降都和路基高度成正比关系，由旧路基荷载造成的影响(即软基性能改善)，对新路基沉降与变形产生的影响即为沉降差异。随路基高度不断增大，这一沉降差异明显增加。究其原因，主要为在路基高度不断增大时，旧路基自身荷载也会增大，其下方软基土体所受压缩作用增强，改善程度提高，最终使沉降差异增加。而旧路基沉降与变形基本不会受到路基高度的影响。

(2)新路基宽度

新路基在其宽度不断增加的过程中，沉降越来越大，但增大幅度并不是很大。尽管在路基宽度增大了以后，其最大沉降点和旧路间的距离也明显增大，受旧路基影响随之减小，但因宽度增加之后，受到地基影响的实际深度大幅加深，致使更大面积性能得以有效改善的土体对新路基产生了更为显著的影响。而旧路基沉降与变形基本不会受到路基高度的影响。

(3)软基厚度

新旧路基的沉降变形均随软基厚度不断减小而减小，并且其减小的幅度在软基深度不大时表现的更为明显。同时，因受到旧路基荷载造成的影响，新路基自身沉降差异在深厚软基中基本保持不变，而在浅薄软基中却明显减小。究其原因，主要为由于受到旧路基荷载造成的影响，新路基下方的软土只在0～20 m的区间中会得到性能改善，所以当软基厚度不足20 m时，新路基的沉降差异会明显增大；而对旧路基而言，其沉降差异在较薄的软基中才能得以显现，究其原因，主要为在软基厚度不断减小的进程中，旧路基下方软土厚度明显减小，致使中层与下层软土的压缩量比上层小，所以增大了沉降差异。

4 总 结

(1)由旧路基荷载使软基性能出现的改善对新路基与旧路基的影响有很大差别；对新路基而言，软基性能改善是其沉降变形主要影响因素；而对旧路基而言，除了软基性能改善，还包括新路基荷载所造成的竖向应力。

(2)软基受旧路荷载影响性能被明显改善，在新路基荷载的不断作用下，会产生相对较大的沉降差异，而且这一沉降差异还和路基宽度、高度以及软基的厚度有关。

(3)如果软基较为深厚，则在新路基荷载的不断作用下，旧路基自身沉降基本不会受到荷载影响，其沉降差异可表示为零，并且还与路基的高度与宽度无关，只是在软基厚度较薄时，其沉降差异才得以显现。

[1] 陈磊，陆海源，陈育民，等.原有路基荷载作用对加宽工程路基沉降变形的影响分析[J].防灾减灾工程学报，2014，(1):59-64.

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[3] 李进旗.高速公路路基沉降及施工控制技术研究[J].交通建设与管理，2013，(8):92-93.

U416.1

C

1008-3383(2017)11-0020-02

2017-08-01

雷迅(1986-)，女，湖南永州人，工程师，主要从事公路工程工作。