软土地区高等级公路路基变形规律研究

戚家兵1

摘要：软土路基因承载力低、变形大导致路基出现不同程度的差异沉降，对高速运行车辆造成严重的安全隐患。为了探讨软土路基沉降变形规律，对路面沉降量、水平侧向位移进行分析。基于路面实测沉降资料，研究成果表明：（1）软土路基不均匀沉降会形成垂直自身方向的裂缝。在约200m间隔的相邻里程桩中，当累积沉降差大于等于60mm，应适当加密该处路基路面的监测工作；（2）路基路面累积沉降越大，水平侧向位移也越大，二者间呈现出正相关关系，在一定程度上说明路基水平侧向位移对路面沉降会产生较大影响。研究成果可为软土地区高等级公路路基工后沉降预测提供一种实用而有效的方法。

关键词 软土地区；高等级公路；路基变形；沉降

0 引言

由于软土具有高含水量、高压缩性，弱透水性、低强度等特点，如何准确把握路基沉降对确保公路运营安全有着重要意义^[1]。软土沉降主要从理论计算和模型预测两方面开展的研究较多。其中理论计算分为解析法和数值法。ZOU等^[2]首次提出一维固结理论用于软土路基沉降计算，并被广大研究者所接受。曹文贵等^[3]基于地基沉降变形力学机理研究基础建立Duncan-Chang模型的地基沉降分析新方法。Mahmoud等^[4]采用数学方法与有限元法相结合，对路基沉降进行了深入且详细的研究。黄永强等^[5]利用ANSYS软件分析路基的三种不均匀沉降形式，以路基横向不均匀沉降的力学特性为基础，建立沥青混凝土路面结构有限元模型，以此研究路基不均匀沉降如何影响和破坏路面结构。

在软基沉降预测方面，国内外通用的方法分为静态预测法和动态预测法。在施工现场中，常采用双曲线法、修正双曲线法、指数曲线法、三点法、Asaoka法等曲线拟合已监测的实测沉降数据，然后根据线性关系向外延伸，从而得到后期沉降量。

由于长期监测易受外界干扰且耗资大，软土路基沉降监测主要设置在施工期，对运营期内工后沉降的长期监测研究较少。此外，以施工期监测数据为基础建立单项或组合预测模型，来预测工后沉降的精度和时效存在较大偏差。本文以江苏省某高等级公路深厚软土段路基为研究对象，从路基路面沉降和水平侧向位移揭示软基沉降规律，建立一种路基沉降预测模型，使其更利于软土地区高等级公路路基沉降预测。

1 工程概况

江苏省某高等级公路全长86km，软基路段共计35.3km，约占全路段的40.7%。K73+186～K74+696附近为鱼塘密集区，处于深厚软土段，淤泥层深达15～20m，路堤高度为3～5m，坡度为1:1.5。营运通车2年后，此路段路面出现多条纵向连续裂缝，主要分布在主车道靠近应急车道处，裂缝宽度范围在50～60mm且呈现出逐年加重迹象，对公路营运安全不利。

2 监测点布置

由于地基中软土埋深较大，严重影响路基在营运期间的安全与稳定。因此，在软基路段共布设57个监测断面，每个断面6个测点，共计342个测点。同时，布设4根50m的测斜管，用于水平侧向位移监测。文中主要对累积沉降较大的K73+186～K74+696路段8个监测断面进行分析，监测断面布设详情分别见图1。

图1 路基横断面监测点布设示意图(单位:m)

3 监测结果及分析

从横向监测点布设示意图可知，路基沉降桩分别设在硬路肩，主、超车道分隔线和中央分隔线处，左、右两幅对称布设。从2015年6月份开始，以一年为单位对各沉降桩监测数据进行采集和整理，绘制纵向累积沉降量柱状图，可更直观地揭示软土路基纵向累积沉降规律。以主超车道分隔线处监测点数据为例，以K73+000为里程桩起始点，横坐标表示K73+186～K74+696里程桩到起始点的距离，其纵向累积沉降分别如图2所示。

图2 主超车道分隔线

从图2可知，主、超车道分隔线处的沉降桩在不同里程桩的累积沉降量均随年份的增加而增大。不同里程桩在同一沉降桩的累积沉降量不同，但均未超过容许工后沉降值0.3m，说明路基整体仍处于稳定状态。其中，从2015年6月到2016年6月期间累积沉降大于其他年度沉降差值，该年度路面出现50～60mm宽的纵向裂缝，该现象与软土路基两侧鱼塘开挖有关，说明路面裂缝形成与水平侧向位移存在关联。从相邻监测点沉降差计算值可知，最大沉降差值为67.4mm，发生在2018年K74+259和K74+511之间。最小沉降差发生在K73+821和K73+976之间，其值为0.2mm，说明该区域沉降基本一致。此外，相邻里程桩累积沉降差超过50mm的路段分布在K73+821～K74+511之间，路面维护时应加密该区域路基监测工作，以防路基内部裂缝反射到路面。监测表明，软土路基不均匀沉降会形成垂直自身方向的裂缝。在约200m间隔的相邻里程桩中，当累积沉降差大于等于60mm，应适当加密该处路基路面的监测工作。

假定2015年6月26日为观测起点，选用K73+596里程桩左、右两幅土路基沉降数据与边坡坡趾处的水平侧向位移数据进行对比，见图3所示。研究发现，路基路面累积沉降越大，水平侧向位移也越大，二者间呈现出正相关关系。但在约第540天(即2016年12月30日左右)水平侧向位移发生骤减，当时鱼塘正处于灌水期，相当于给路基边坡施压，降低了水平侧向位移的变化速率，路基路面沉降速率也明显变慢，在一定程度上说明路基水平侧向位移对路面沉降会产生较大影响。

（a）左幅 （b）右幅

图3 K73+596路基路面沉降与水平侧向位移关系曲线

6 结束语

文中以江苏省某高等级公路K73+186～K74+596典型软土路基为研究对象，分析路基路面沉降和水平侧向位移实测数据的变形规律，可得到以下几点结论：

（1）软土路基不均匀沉降会形成垂直自身方向的裂缝。在约200m间隔的相邻里程桩中，当累积沉降差大于等于60mm，应适当加密该处路基路面的监测工作。

（2）路基路面累积沉降越大，水平侧向位移也越大，二者间呈现出正相关关系，在一定程度上说明路基水平侧向位移对路面沉降会产生较大影响。

参 考 文 献：

[1]刘维正,石志国,章定文,等.交通荷载作用下结构性软土地基长期沉降计算[J].东南大学学报(自然科学版),2018,48(4):726-735.

[2]ZOU S F,XIE X Y,LI J Z,et al. Rheological characteristicsand one-dimensional isotache modelling ofmarine soft clays [J]. Marine Georesources &Geotechnology,2019,37( 6) : 660-670.

[3]曹文贵,邓湘君,张超.基于Duncan-Chang模型的地基沉降分层总和分析方法探讨[J].岩土工程学报,2013,35(4):643-649.

[4]MAHMOUDN,SOHEILS.Probabilisticanalysisofshallowfoundationsettlementconsideringsoilparametersuncertaintyeffects[J].OpenJournalofGeology,2017,7(5):731-743.

[5]黄永强,李海波,马兴峰,等.路基不均匀沉降对沥青混凝土路面结构影响数值分析[J].公路工程,2012,37(5):34-40.

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