考慮容許縱坡差的軟土路堤預拋高預測

張 帥，張 軒

（1.廣州市市政工程設計研究總院，廣東 廣州 510000；2.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

考慮容許縱坡差的軟土路堤預拋高預測

張 帥1，張 軒2

（1.廣州市市政工程設計研究總院，廣東 廣州 510000；2.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

預拋高在公路工程中的應用已越來越廣泛。針對目前規范對預拋高在軟土路堤處置設計標準不明確的情況，利用固結理論研究了路基填土過程中的受力和變形特性。依據容許縱坡值定義，針對不同軟土厚度、路堤填筑高度和工后沉降穩定時間，通過施工過程加載沉降量推算預拋高值，導出了路堤預拋高計算公式。結合工程實例，將計算后的工后沉降、預拋高量進行了比較分析。該方法可以用于一般路段的預拋高預測。

預拋高；路堤；灰色理論；軟土

0　引言

在行車荷載和路堤荷載的作用下，路基和橋梁過渡段會產生較大的工后沉降。由于過渡段兩側剛度的差異，工后沉降通常是不均勻的，過大的差異沉降會導致上覆路面中的瀝青或水泥混凝土面層產生附加彎拉應力，加劇路面結構的破壞，宏觀表現即為路面產生橫向裂縫和行車的橋頭跳車，極大地影響路面的使用功能。

預拋高是指在路基填筑到路床頂面至路面通車后若干年這段時間內，根據實測的荷載-時間-沉降曲線預測路基沉降量，并將此沉降量預先填筑在路基上，以延緩過渡段沉降，確保路基施工工期、工后沉降及工程質量滿足規范要求。

目前，許多工程均采用了預拋高技術解決工后沉降［1，2］，但針對預拋高值目前仍處于研究階段。潘劍波等［3］利用施工期實測沉降進行了雙曲線擬合；羅丹等［4］依據固結理論計算任一時刻地基沉降，并以實測沉降和計算沉降均方差為目標函數，反推了預拋高計算公式。盛維高［2］考慮下臥層主固結沉降，提出了預拋高計算方法，并進行了驗證。上述方法由于樣本容量有限，而軟土物理力學性質差別較大，同時僅依靠工后沉降較難表征軟土路堤過渡段差異沉降性質，因此需要考慮多種因素影響，對預拋高值進行改進。

1　容許縱坡差計算

在軟土路段，由于不均勻沉降會使路面結構內部產生附加應力，一旦這種附加應力與車輪荷載產生的荷載應力之和大于路面結構層材料的強度，路面的結構將會被破壞。

圖1中所示情況主要特征是橋面縱坡與搭板縱坡不相等，兩者之差（ib-i）稱為縱坡差，其大小對橋頭行車平順性影響較大。若縱坡差很大，即使設置橋頭搭板，高速行駛的車輛仍會在橋頭出現嚴重的跳車現象。周虎鑫等［6］對瀝青混凝土路面進行結構分析，假定路堤為彈性力學中的平面應變體，層與層之間完全連續底基層層底與地基頂面的豎向應力和豎向位移連續。

圖1　容許縱坡差的計算圖式［5］

根據羊曄等［7］過渡段實測的工后沉降的縱向分布規律可知，過渡段的工后沉降基本都是連續的，成S形分布，因此一般軟土路堤以“連續型”過渡段（見圖2a）為研究對象，不考慮路基發生局部沉陷、橫坡變化及遇結構物等情況的錯臺形式（見圖2b）。

由圖1所示幾何關系，可得到橋臺基礎和搭板遠離臺端下土體之間的差異沉降為

圖2　過渡段差異沉降形式［7］

2　預拋高計算

設置路堤預拋高后，預拋高可按照下式進行計算

式中：ha為路堤預拋高量；S∞為路基工后殘余沉降；St0為路面結構施工完成后預測沉降。

目前研究成果表明，路基填筑期和路面施工期預拋高的分析均應根據實測沉降數據進行分析。針對估算路堤預拋高，引入沉降穩定控制時間概念。沉降穩定控制時間是指設置路堤預拋高后，路面實際高程大于設計高程，在通車后某一控制時刻，路面高程下沉到設計高程。根據容許縱坡差的定義，板遠離臺端下土體容許工后沉降量即為工后殘余沉降S∞。同時，根據相關研究成果，對于一般路段，沉降發展符合下列公式

將式（2）及式（4）帶入式（3），有

式中：Δh路面結構厚度；ρ1、ρ2為路面結構層重度、路堤填土重度；k為修正系數。

將式（7）帶入式（5），有

式（8）即為考慮容許縱坡差的一般路段預拋高計算公式。根據相關研究［2-5］，高等級道路可取作為最大容許縱坡差。

3　工程實例

東部沿海某城市主干路，根據勘察成果，場區分布有淤泥及淤泥質粉質黏土，軟土最大厚度為20 m。該道路采用堆載預壓進行地基處理，路線長度12 km。由于各段交地時間前后不一，路段堆載時間最小值為7個月，最大值為15個月。為保證通車后全路段平整，采用預拋高處理，最終選取K3+600斷面進行分析。該斷面路基填土高度為3 m。從圖3可以看出，填土均為小數量添加，且加載卸載過程較為明顯，整個加載過程呈鋸齒形。如圖3、圖4所示，利用實測數據進行直線擬合，相關系數達到。這表明，總體上填土厚度-沉降數據序列可以較好地用式（4）描述的曲線規律進行發展。根據實測數據進行擬合，算得α、β的值為0.245及0.866，預測路堤最終沉降量為172.35 cm，預測工后沉降為26.58 cm，算得預拋高值為5.2～9.3 cm。

圖3　路堤填土-沉降時間曲線圖

圖4　路堤擬合關系圖

4　結語

本文通過開展離心模型試驗研究了干砂和飽和砂地基中大直徑單樁分別在水平靜力和循環荷載作用下的特性。初步結論與建議如下：

（2）一般軟土路堤采用“連續型”過渡段。

（3）常規雙曲線法、指數法預測路堤預拋高值較難反映出容許縱坡差的要求，需要考慮其對預拋高公式進行修正。

［1］胡鐵權.高速公路路堤沉降引起的路堤標高及寬度問題的研究［D］.杭州：浙江大學，2002.

［2］盛維高.高速公路軟基路堤預拋高對工后沉降的影響研究［D］.南京：河海大學，2007.

［3］潘劍波.軟土地區高速公路路基預拋高實用計算方法［J］.廣東建材，2002（9）:68-70.

［4］羅丹，程欣，洪寶寧.高速公路軟基段路床預拋高問題研究［J］.南京建筑工程學院學報，2004（4）:100-104.

［5］交通部第二公路勘察設計院.公路路基設計手冊（路基）［M］.2 版.北京：人民交通出版社，1996.

［6］周虎鑫，陳榮生.高等級公路工后不均勻沉降指標研究［J］.東南大學學報，1996，26（1）:54-56.

［7］羊曄，劉松玉，鄧永鋒.軟土地基過渡段差異沉降控制標準［J］.東南大學學報，2008，38（5）：834-838.

U416.1

A

1009-7716（2016）07-0056-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.016

2016-03-02

張帥（1985-），男，甘肅武威人，碩士，工程師，從事道路工程等方面的設計工作。