高填方路堤沉降历史研究.pdf

第37卷第8期建筑技术开发Vo1．37，No．82010年8月BuildingTechniqueDevelopmentAug．2010高填方路堤沉降历史研究荣富强景兆凯郭坤(河南省地矿局水文二队，郑州450053)[摘要]以某高速公路填筑工程为例，采用有限元软件PLAXIS8．2对其进行了数值计算，分析了填筑期间的主固结沉降量及变化趋势，以及施工后期的次固结沉降，预计了工后沉降量，希望对公路施工设计的变形控制提供一定帮助。[关键词]高填方；路堤；沉降；计算[中图分类号]U416．12[文献标志码]A[文章编号]1001-523X(2010)08-0030-02近年来随着国民经济的迅速发展，我国高速公路建设十2)假设软基土体沿路堤横断面均匀分布，也就是不考分迅猛。目前高速公路总里程位居世界第二，是世界上修建虑地基的横向不均匀性；高速公路最多的国家之一⋯。对于高速公路填筑沉降的研3)将路面荷载考虑为路堤的1m填土荷载；究许多学者已做了大量深入的研究。随着高速公路的4)地基水位在地下4m，固结理论采用Biot理论。不断发展，高速公路开始不断的向山区等偏远地区发展，由2．2计算模型于山区的实际特点，必然会带来了许多高填方路堤的施工，路基填筑属于轴对称平面应变问题，因此本文选取其中这些高填方路堤不同于普通路堤的填筑，有很多的问题需要一个断面进行分析，模型的选取如下：地基计算深度为20m。解决，需要我们进行一定的研究。路堤计算宽度选为60m，路堤填筑高度为6m。本文结合某高速公路工程的填筑问题，严格按照设计要本文采用15节点三角形单元。网格的密度对计算结求及施工顺序进行模拟分析，采用数值计算的方法，对填筑果的精度有很大的影响，网格划分的越密，越接近真实的情过程及施工后期的沉降进行了模拟分析。况，但是网格划分的越密，求解所需要的时间越长，因此要1有限元软件及设计施工要求选择一个合适的密度，本文初始建模时以较疏的网格划分1．1PLAXIS8．2软件模型计算，然后不断加密网格进行计算，当前后两次网格划本文运用了荷兰代尔夫特(Delft)技术大学开发的著名分所得的计算结果很相近时，即认为网格的精度符合要求。的岩土工程通用有限元软件Plaxis8．2。该软件分析理论主本文的网格划分在与桩体和土工格栅接触的地方进行了局要包括变形理论、固结理论和渗流理论三部分，因此能进行部加密，以便更好的反应复杂区域的受力情况，是合理的。变形、固结、渗流计算，同时还能进行基于强度折减法的稳定见图1。计算。本文选取15节点单元进行计算。1．2设计施工要求本文严格按照设计施工要求，对施工过程进行模拟分析。路堤填筑高度6m，1：1．5放坡，地基采用CFG桩处理，桩径400mm，按照梅花桩型布置，单排间距2．7m，双排间距2．8m。桩长10m。在地表处和路堤4m处各自布置一层土图1计算网格划分工格栅进行处理，以减缓不均匀沉降。2．2边界条件2建立模型对于边界条件，考虑到计算影响范围，取地基计算深度2．1计算假定20m，宽度取60m，左右边界为竖直自由边界，水平固定，不1)路堤足够长，按平面应变问题考虑；排水；底部为细砂层，竖直和水平固定，为排水条件；上边界为竖直和水平均自由，排水条件。收稿日期：2010—05～152．3计算参数作者简介：荣富强(1981-)，男，郑州人，毕业于黄河水利职业技术学计算严格按照土工试验参数选择，路堤土和地基土体的院，本科学历，助理工程师，主要从事工程地质、水文地质及地基检计算参数如下表1所示，CFG桩按照模量等效的方法进行等测等工作，主要研究方向为地基处理设计及检测等。效，参数如表2所示，格栅参数如表3所示。 第37卷荣富强，等：高填方路堤沉降历史研究第8期表1土体计算参数3．2不同时刻沉降量分析土层路堤填土粘士粉质粘士细砂层图4为地表沉降的变化历程，本次计算选取了填筑高度土层厚／m64106分别为1m、4m、6m及工后10年时期的沉降量进行分析，水位以下土体重度／(kN／m)2020．620．820．8从图中可以明显的看出，随着填载的增加，地基附近的沉降水位以上土体重度／(kN／m)17l6．817．5l9．4量逐渐增加，而地基两侧的隆起量为先增加，后减小。施工水平渗透系数／(m／d)0．0150．OOl0．O0l0．015刚刚结束时，地基表面的最大沉降量达到14．3cm，隆起量垂直渗透系数／(m／d)O．0lO．O010．001O．01为2．3cm。在此之后，地基土发生了一定的工后沉降，到施杨氏模量／(kN／m)400040005200l2000工后10年期，地表处最大沉降量达到了17．6cm，隆起量减泊松比肛O．30．350．35O．3小到0．4cm。摩擦角／(。)28152530粘聚力C／kPa23301923-40-30-20-10010203O40表2桩体计算参数参数名称数值单位行为类型材料类型弹性的轴向刚度EA1．256e9kN／m抗弯刚度EI1．256e7kNm／m目Ⅲ，咖世器等效厚度D0．346重度8kN／m／m距路堤中心距离，m泊松比O．2图4地表沉降曲线表3土工格栅的计算参数4结论名称材料类型EA／(kN／m)Geogrid弹性80结合具体工程的设计施工，采用有限元方法及比奥固结理论，对路堤填筑施工过程的进行了数值模拟，较好的模拟3模拟结果分析分析了路堤填筑过程中动态变化和随着孔隙水消散引起的3．1施工过程分析固结沉降规律及大小，得到了如下的结论。图2为地基填筑结束时的沉降曲线，其沉降量包括填筑1)本文对填筑过程的全过程进行了全面模拟，较好的时的瞬时沉降，和随着孔隙水排出而引起的主固结沉降。路分析了路堤填筑过程中的沉降变化规律及沉降量大小，计算堤的最大沉降量发生在路堤中心处，最大值达到22om，向了施工后期的工后沉降量。下依次递减，在地基土中的沉降，在地表处最大，越往地基深2)计算表明：随着路堤填筑的增加，沉降量逐渐增大，处沉降量减小，而在路堤两侧的地基土有一定量的隆起，符越靠近路堤中心，沉降量越大，远离路堤中心处，沉降量逐渐合路堤土的受力机理。减小。沿路堤的纵向，沉降量越往下越小。3)路堤的沉降量包括瞬时沉降、主固结沉降、次固结沉降。本文模拟了三个固结沉降阶段的全过程，计算了本工程的地表处的最大工后沉降为3．3cm，为总沉降量图单位：m的18．7％。例--o．22-0．18-0．14-0．10--0．06-0．O20．O2-0．20_0．16一O．12-0．08-0．040000．O4参考文献图2施工结束时沉降等值线[1]公路设计规范(JTGD30-2004)图3为地基填筑后期的次固结沉降，即工后沉降量。对[2]张惠光．浅谈高填路堤施工质量的控制[J]．广东水利水电，比图2得知，后期的沉降量2cm，为总沉降量的9．1％。所2004，(03)以路堤设计时要考虑地基的固结沉降量，但是对于此工程问[3]高志伟．某高填路堤失败的思考[J]．路基工程，2000，(06)题，后期的沉降量还是相对较小的。[4]温树杰．软基高填路堤沉降的数值仿真[J]．路基工程，2009，(20)[5]MaterialmodelmanualofPlaxis[R]．DeftUniversityofTechnology，2000图单位：m_·_-__-日Ⅲ∑zE￡∞Ⅻ目_l___·-倒_0．24_0．20-_o．16-0．12-o．O8．04O．00-0，22_0．18-o，l4__0．10-0．06-0．020．02图3工后十年的沉降等值线31