高路堤软基深部变形机理及位移响应规律

第38卷，第3期公路工程Vo1．38．No．32013年6月HighwayEngineeringJun．，2013，——高路堤软基深部变形机理及位移响应规律李世贵，任仁，朱大权，程灏(贵州高速公路开发总公司，贵州贵阳550004)[摘要]路基填筑不断增加的上部荷载超过软土上覆“硬壳层”极限应力，致使硬壳层应力扩散作用失效，软土地基强烈受压发生不排水固结，压缩量大，为路基提供了较大变形空间，导致高路堤发生推移式滑动鼓胀变形。必须停止路基填筑，立即实施抗滑桩对软土路基进行支挡防护。桩的位移结果表明：桩身已开始受力，变形小幅增加后趋稳定，累计位移量可控。[关键词]高路堤；位移响应规律；推移滑动；抗滑桩【中图分类号]U416．12【文献标识码]A【文章编号]1674—0610(2013)03—0022一O4LawaboutDeformationMechanismandDisplacementResponseoftheDeepSectionofHighEmbankmentSoftFoundationLIShigui，RENRen，ZHUDaquan，CHENGHao．(GuiZhouexpresswaydevelopmentcorporation，Guiyang，Guizhou550004，China)[Abstract]Theupperloadofroadbedincreasedmorethanthelimitstressofthe“crust”clayover—lyingonsoftsoil，stressdiffusioneffectfailed，Thestrongcompressionofsoftsoilfoundationhadnodrain—ageconsolidation．Largeamountofcompressionprovidedgreaterspaceforthesubgradedeformation，whichcausedtheslidingbulgingdeformationofhighembankment．Wemuststopthesubgradefilling，an—ti-slidepilewasimmediatelyimplementedtoprotectthesoftsoilsubgrade．Thedisplacementofpileshowedthatthepilehasbeguntoforce，its’deformationincreasedslightlyandtendedtobestable，theto—taldisplacementiscontrolled．[Keywords]highembankment；displacementresponselaw；push—sliding；anti—slidepile胶济结构性强。大部分理论研究及工程实践成果已0前言经表明：高路堤软基硬壳层对上部荷载有支撑作用软基的处治实质上是一个工期、质量、造价的杠或应力扩散作用，对上部沉降有延缓滞后作用，杆关系，可以通过用较长的工期得到较好的处治效在一定荷载受压条件下，对路堤的稳定作用不因其果，同时节省工程造价，也可以通过较高的工程造变形破坏而丧失，变形后对路堤有反压护道的作价，达到节省工期，取得良好工程质量的目的。用’。通过修筑软土路基试验路段及对固结度计软土地基上高填路堤具有沉降或差异沉降大的特算方法的研究，可用来确定填筑的速率及合理卸载点，极易对路面及整体稳定性产生破坏性影响，合理时间。目前，对软基的处理方法很多，根据不同压实标准才能有效控制施工沉降。的地质条件及结构物特征，主要采取塑料排水板超软土是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低载预压、抗滑支挡、袋装沙井超载预压、刚性桩加固、的淤泥沉积物及少量腐植质所组成，主要有淤泥、淤真空联合堆载预压等等，目前这些方法都取得过很泥质及泥炭。软土表层受水分蒸发，地下水降好的治理效果。低，荷载迁移，可溶盐及其它成分的沉淀等因素长期1场区地形地貌及地质条件作用，形成了一层厚度不大但性质相对较好的粘土层，既所谓的“硬壳层”，呈中等压缩或低压缩性，某高速公路k1714+900～kl7l5+400穿越段[收稿日期]2013—01—07[基金项目]贵州省交通运输厅资助项目(2010—122—034)[作者简介]李世贵(1980一)，男，贵州余庆人，硕士研究生，工程师，研究方向：岩土体稳定性及工程环境效应。 第3期李世贵，等：高路堤软基深部变形机理及位移响应规律23为一缓坡地形，局部见基岩出露，受侵蚀、溶蚀作用较强烈；轴线所跨地段地形标高介于1585．1～1600．1m。属构造侵蚀一溶蚀型中低山地貌。出露地层由新到老为：第四系残坡积层(Q刚)粉质粘土、淤泥质土、碎石土、含碎石粉质粘土，下伏基岩为二叠系下统茅口组(P．m)灰岩。基岩为强风化至中风化厚层灰岩。2软基监测方案论证及监测孔布设根据钻孔补堪、踏勘调查及现场开挖揭示地质条件，高速公路通过的路段地处地形相对宽缓低洼图2监测孔现场布设情况的冲沟内，覆盖层厚，淤泥质土分布隐蔽，高速公路Figure2Theactualarrangement以填方路堤形式通过该段，设计为三级边坡，坡比1高，监测孔及管线布设完毕后，立即对其进行了高频：1．5，最大填方高度近30m，下覆软弱层厚16m左度监测，及时处理分析数据。右，填方路堤稳定性差，存在安全隐患，对这段典型3．1典型断面k17l5+250变形特征的软土路基深部位移进行监测有利于：①合理推断①第4孔位移响应规律。路堤稳定性；②可根据实测沉降资料结合反分析法JCK4孔深部位移变形主要表现在距孔口9m推测任意时间的沉降量；③通过监测数据统计分以上部位，至7月19日9m处累计位移为11．27析，为可能进行的处治方案提供可靠数据支持；④mm；孔口累计位移为17．02mm，9m以下部位变形建立事前预警机制，确保施工人员生命财产安全。不明显。该段监测期内，孔内各位置的监测数据的⑤一定程度上有助于复核工程数量、控制工程质量变化具有线性缓慢递增的特点，并在距孔口9m处和进度、确定铺筑路面的时间等。有形成潜在滑动面的趋势。鉴于此，根据实际地形地质及路基填方高度，在②第7孔位移响应规律。高速公路路基稳定起控制性作用的位置布设8个监JCK7孔深部位移变形主要表现在距孔口测孑L，监测深度13～26m，监测孔布置情况如图1，11．5m以上部位，至7月19日7．5m处累计位移图2所示。为22．64mm；孑L口累计位移为19．04mm，11．5m以下部位变形不明显。监测期内孔内测点具有突变极速递增的特点，在距离孔口1I．5m处可能形成滑动面。3．2典型断面k1715+292变形特征①第5孔位移响应规律。JCK5孔深部位移变形主要表现在距孔口26m以上部位，至7月19日26m处累计位移为l4．25mm；21m处累计位移为37．19mm；11m处累计位移为179．71mm；孑L口累计位移为162．756mm；监图1监测孔布置平面图测期内测点数据变化量大，增速快，在距孔口11mFigure1Monitorholelayoutplan处可能形成滑动面。②第8孔位移响应规律。3软基深部变形及位移响应分析JCK8孔深部位移变形主要表现在距孔口l0．5填方最高的段落主要集中在k1715+250～m以上部位，至7月19日6．5m处累计位移为k1715+340，填方高度25m左右，选择该区内两个209．54mm；孔口累计位移为159,88mm，测点数据断面具有典型变形的监测孔4#、5、7舞和8#的数据具有极速递增现象，且变化量较大，距孔口l0．5m进行分析比对。该段填方基础为软土地基，填方较深处可能会形成滑动面。 24公路工程38卷3．3路基变形与位移响应规律分析的断面累计位移量较大，且潜在滑动面较深。通过对2个断面4个监测孔的数据从不同角度软基深部位移响应规律，结合现场表观变形，可进行全方位分析，监测数据显示：判断高路堤软基变形破坏机理主要主要表现为：路①潜在滑动面的形成特点。基填筑形成的上部荷载向低高程位置传递，随着路同一平面上的孔4和5，潜在滑动面形成的位堤填筑不段增高，荷载不断加大，软土上覆“硬壳置(4孔：离孔口9m，5孔：离孔口10．5m)基本在层”所受应力不断增大至超过极限应力，导致应力同一高程上，而同一平面7和8孔(7孑L：1I．5m，扩散作用失效，软土地基被压缩发生不排水固结，压8孔：10．5m)也是如此，见图3、图4。缩量大，填方体向坡脚自由临空面变形滑动，路基顶面开裂外移，边坡中部鼓胀隆起，路基发生推移式滑动鼓胀变形。监测数据的变化规律表明：潜在滑动面数据在递增，潜在滑面有贯通的趋势，如继续填筑加大上部荷载，必然会导致路堤整体失稳破坏，必须立即采取工程措施。4位移监测与动态设计施工通过路基深部位移变化规律，结合实际地形地图3第7#及4鼻孔潜滑面与孔位移关系图质条件，专家组现场会诊召开专题会议认为：必须立Figure3Potentialsurfaceandholedisplacement即停止路基填筑，布设工程措施。软基的处理方法很多，主要有排水固结、抗滑支挡、超载预压、刚性桩加固、真空联合堆载预压等，这些工程措施在实践过程中都取得过很好的治理效果。根据该段路基所处位置的地形地质条件及填筑体的结构特征，采用抗滑桩进行支挡防护。实际工程中共布设抗滑桩l0棵，目前，路基填筑已到达设计标高，开始实施路面工程。抗滑桩变形数据显示：k1715+355断面C10图4第8#及5#孔潜滑面与孔位移关系图抗滑桩桩顶位移最大，为13．2mm，孔口累计位移量Figure4Potentialsurfaceandholedisplacement的增幅极小，桩顶变形呈稳定趋势；同一断面BJCK②高路堤变形破坏机理。9孔l7．5m深处累计位移8．41mm，孔口累计位移横断面k1715+250上4和7孔，4孔潜在滑5．41mm，变形趋于稳定。经设计方验算，抗滑桩变动面形成位置(距孔口9m)的累计位移量7月19形量可控，桩身受力作用明显，抗滑桩方案设置成日11mm，7孑L潜在滑动面形成位置(距孑L口功。位移及横断面如图5、图6所示。11．5m)累计位移量7月19日4mm。断面k1715+292上5孔潜在滑动面形成位置(距孑L口11m)的累计位移量7月19日179．71mm，8孑L潜在滑动面形成位置(距孑L口l0．5m)累计位移量7月19日26mm。以上变形数据显示：①孑L竖向一定深度位移突变明显，即软基深部l921ll230l2024263005071ll7l927lJl3l8发生剪切破坏，潜在滑面正在形成；6月7月8月9月l0月②同一横断面不同深度变化规律：高高程上潜20l2年13期／(月一日J在滑面监测点累计位移量大于低高程上累计位移图5CIO#抗滑桩桩顶位移一时间变化曲线Figure5Displacement—timediagramofpiletop量；③不同填筑高度上的变化规律：填方高度较大 第3期李世贵，等：高路堤软基深部变形机理及位移响应规律25内变形趋于稳定。④软基深部位移数据对软基变形尤其是深部变形响应明显，及时监测到路基变形并预警，快速完成了抗滑支挡工程，有效避免了人员伤亡及较大财产损失。[参考文献][1]肖燕．广州东沙至新联高速公路试验路段软基处治方案研图6抗滑桩一路基横断面图究[J]．公路工程，20l1，36(1)：8—11．Figure6SectiononAntif-slidepileandSubgrade[2]单国峰，王曙光．高填方路堤施工沉降控制与数值模拟分析[J]．公路工程，2009，34(5)：95—97．5结论及建议[3]JTJ002—87，公路工程名词术语[s]．[4]王锡朝，夏永承．地表硬壳层受荷时下卧淤泥层内水平应力的通过现场实测变形数据的分析，结合实际地形试验研究[J】．石家庄铁道学院学报，1995，8(2)：62—65．地质条件及公路构筑物特征，分析了高速公路软土[5]顾晓鲁，钱鸿缙．地基与基础(第二版)[M]．北京：中国建筑工路基深部位移响应规律及变形破坏机理，及时果断业出版社，1993．采取正确的工程措施，得到如下主要结论：[6]马新颖，徐昌．高速公路软件硬壳层工程性质的评价[J]．安①路基填筑不断增加的上部荷载使软土上覆徽地质，2002，12(4)：320—322．[7]车瀚，金起波，王宏祥．高速公路软土路基填筑的施工控制“硬壳层”所受应力超过极限，致使“硬壳层”应力扩及评价[J]．公路工程，2010，35(3)：116—119．散作用失效，下部软土受压强烈固结压缩变形，导致[8]吴唐林，张功新，刘吉福．高速公路软基固结度分析及应用路基向外侧临空面滑移变形，路基顶面开裂外移，边[J]．中南公路工程，2006，31(2)：45—48．坡中部鼓胀隆起，填方路堤发生推移式滑动变形至[9]容耀华．某高填方软土路基特殊路段处治方案比选[J]．公路，局部破坏。2006，(4)：155—159．[1O]郭玮，谢康和，胡安峰．袋装沙井法加固软土路基的效果研②软基深部变形及位移响应规律显示：路堤边究[J]．中南公路工程，2006，31(5)：24—27．坡潜在滑动面正在形成，并有连续贯通的趋势，如继[11]曹卫平．赵敏．刚性桩加固高速公路软基形状分析[J]．岩续填筑加大上部荷载，路堤有整体失稳的可能，必须土工程学报，2006，33(2)：217—223．立即采取防护工程措施。[12]曹永琅，丛建．高速公路超软土路基的真空预压加固研究③抗滑桩设置以后，路堤开始填筑至设计标[J]．岩土力学，2003，24(5)：771—773．[13]黄涛，贺玉龙．强夯控制高填方沉降量的机理研究[J]．路高，抗滑桩迅速受力，抗滑支挡作用明显，设桩后基工程，2007，(4)：43—45．70d内，累计位移匀速递增至l1mm，而后近60d(上接第l4页)[5]UzanJ．PredictionofRutDepthPerformanceinFlexibleHigh—感性分析表明：温度对于路面永久变形的影响最为wayPavements[J]．AJournaloftheAssociationofAsphaltPavingTechnologists，TheNetherlands，1983：489—507．显著。[6]胡卫国，李宇峙．沥青路面切块车辙试验的必要性探讨[J]．公路工程，2007，32(4)：156一l59．[参考文献][7]李一鸣．沥青混合料车辙试验研究[J]．重庆交通学院学报，孙立军．路面结构行为理论[M]．北京：人民交通出版社，l992．(01)：95—103．2005：7l一75．郑传峰，马新．车辙动稳定适用范围及纠偏方法试验研究[8][2]P．j．VandeLoo．APracticalApproachtothePredictionof[J]．公路工程，2009，34(4)：73—76．RuttinginasphaltPavements—theSHEILMethod[Z]．TRB[9]郑志龙．基于车辙等效的轴载换算关系研究[J]．森林工程，J976：l5—21．201I(I)：65．[3]苏凯，孙立军．高等级沥青混凝土路面车辙预估方法研究综[1O]曹林涛，李立寒，孙大权．基于车辙试验的沥青层永久变形预述[J]．公路，2006，(7)：18—24．估[J]．建筑材料学报，2009，12(5)：554—557．[4]Kenis．W．J．，(1982)Sherwood，J．A．andMeMahon，T．F．关伟．沥青路面车辙形成机理及影响因素分析[J]．山西交VerificationandapplicationoftheVESYSstructuralsub‘sys-通科技，2006，(5)：30—33．tem[C]．The5thInt．Conf．OnStructuralDesignofAsphaltpavements，Vo1．1，1982：333—346．