(合肥高華土地規(guī)劃設(shè)計有限公司 安徽 合肥 230000)

前言

道路沉降的問題在各類路橋工程中時有發(fā)生，發(fā)生在不同地點(diǎn)的沉降原因有所區(qū)別，不同類別、程度的沉降也有不同的影響。就水庫大壩道路而言，其路基、路面發(fā)生的不均勻沉降可以分為兩種，一種是瞬時沉降，另一種是固結(jié)沉降，這兩種沉降都會影響道路的使用性能，由于沉降的發(fā)生原因較多，且多為可控因素，對其進(jìn)行分析并討論應(yīng)對沉降的設(shè)計要點(diǎn)有一定的意義。

一、水庫大壩道路概況

本次研究所選大壩位于山東省境內(nèi)，為當(dāng)?shù)匦钏畨危瑢儆趪聣误w，最大壩高22m，壩軸線長 12.5km，總庫容為1.9億m3，庫區(qū)面積較大，達(dá)到18.2km2，地勢上呈現(xiàn)北高南低的特點(diǎn)，水流從西面注入，向東方自流，處于汛期或者其他原因?qū)е律嫌嗡枯^大時，壩前水位可能出現(xiàn)落差。水庫大壩道路全長2.7km，路面平均寬度2.1m，屬混凝土路面。2017年8月，觀測發(fā)現(xiàn)路面、路基出現(xiàn)沉降，開始進(jìn)行研究分析。

二、引起路基、立面不均勻沉降的影響因素

一般來說，水庫大壩道路的不均勻沉降分為瞬時沉降和固結(jié)沉降，瞬時沉降是緊隨著加壓之后地基即時發(fā)生的沉降，地基土在外荷載作用下快速發(fā)生變化，無法恢復(fù)、導(dǎo)致沉降，屬于地基土的畸曲變形，也稱初始沉降或畸變沉降。固結(jié)沉降一般是由于荷載作用或地下水力壓力變化導(dǎo)致的，會造成超孔隙水壓力的消散、有效應(yīng)力的增長，沉降因此出現(xiàn)。不均勻沉降的基本狀況如圖1所示。

圖1 不均勻沉降的基本狀況

(一)大壩高度。大壩高度對不均勻沉降的發(fā)生有一定影響，這是由于大壩越高，豎向應(yīng)力往往更集中、壩體的自重也可能越大，在長期的使用中，路面、路基都會出現(xiàn)老化，導(dǎo)致應(yīng)力集中的作用越來越突出，出現(xiàn)不均勻沉降。

(二)路基寬度。路基的寬度也與不均勻沉降存在一定關(guān)系，二者在通常情況下呈現(xiàn)正相關(guān)，即路基寬度越寬，路面、路基出現(xiàn)不均勻沉降的可能性越高。一般來說，隨著路堤填土高度的增加，路基加寬后不均勻沉降出現(xiàn)的可能會逐漸增加；隨著加寬寬度的增加，路基加寬后不均勻沉降出現(xiàn)的可能也會逐漸增加。

(三)滲水情況和地基強(qiáng)度。水流的滲入會很大程度上破壞壩體下部結(jié)構(gòu)，水庫大壩的路基也會因此受到影響出現(xiàn)沉降。本次調(diào)查出現(xiàn)的路面、路基沉降與水流作用有一定的關(guān)系。滲水作用一般不會引起瞬時沉降，但其破壞是長期的。本次研究的大壩屬于舊式大壩，建設(shè)之初施工技術(shù)尚不夠先進(jìn)，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，應(yīng)用的設(shè)備屬于小型設(shè)備，沒有科學(xué)的應(yīng)用化學(xué)加固等辦法，因此大壩道路的地基強(qiáng)度也存在一定問題，誘發(fā)了不均勻沉降。

三、控制不均勻沉降的設(shè)計要點(diǎn)

(一)選取合適的大壩高度。大壩高度需要合理進(jìn)行選取，主要原則為高于汛期最高水位，一般來說，最高水位的計算可以應(yīng)用概率學(xué)和線性規(guī)劃原理。人員取近30年或更長時間的降水量數(shù)據(jù)，根據(jù)河流的流向確定水流匯集的方位，建立分析模型，以年份為約束條件，建立縱軸；以降水量為變量，建立橫軸，每一個年份的降水量以一個點(diǎn)的表示，收集排布最集中的點(diǎn)位建立常規(guī)值模型，了解階段時間內(nèi)平均降水量，并推算庫區(qū)水位；收集最大值建立奇異值模型，了解階段時間內(nèi)最大降水量，并推算庫區(qū)水位，在計算大壩高度時，以常規(guī)值模型為核心，奇異值模型為參考，確定合理的高度，可以在一定程度上避免沉降[1]。

(二)控制路基寬度。水庫大壩的路面寬度一般較窄，由于路基容易受到水流影響，不宜將寬度無限制擴(kuò)大，一般的水利工程項(xiàng)目，路面寬度應(yīng)控制在4m以下，大型工程項(xiàng)目也需要建立分析模型，考慮進(jìn)出庫區(qū)的車輛數(shù)目，尤其是載重車輛的數(shù)目，計算交通壓力，取X為交通壓力系數(shù)，X的影響因素包括載重車輛出入頻率Y以及總量Z，X的數(shù)值越大，水庫大壩的路面寬度越高，其上限值為Y和Z的最大值的乘積。在具體進(jìn)行水庫大壩路面寬度設(shè)計時，應(yīng)盡量限制寬度，避免不均勻沉降。

(三)強(qiáng)化隔水和地基。隔水作業(yè)一般通過建立隔水構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。要求在進(jìn)行水庫大壩道路設(shè)計時，應(yīng)用施工導(dǎo)流和圍巖技術(shù)避免水流干擾，之后建設(shè)混凝土地下連續(xù)墻，以此實(shí)現(xiàn)地基的強(qiáng)化、控制不均勻沉降[2]。完成圍堰施工后，在泥漿護(hù)壁條件下，沿水庫大壩道路開挖土方，形成一條狹長的深槽，在槽內(nèi)吊放鋼筋籠，之后采用導(dǎo)管灌注法向鋼筋籠位置灌注混凝土，灌注逐段進(jìn)行，結(jié)束階段使所有混凝土連為一體，干凝后即可形成強(qiáng)度較高的鋼筋混凝土墻壁，起到防滲、承重、截水、擋水等作用?；炷恋叵逻B續(xù)墻的應(yīng)用可以有效強(qiáng)化地基，使不均勻沉降問題得到控制。

(四)模擬實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用計算機(jī)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，所有參?shù)取實(shí)測值，以沉降水平為觀察對象，以大壩高度、路基寬度、滲水情況、地基強(qiáng)度作為四個變量，默認(rèn)水流量和庫區(qū)容量固定，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。為求快速獲取結(jié)果，人工進(jìn)行變化操作。

實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行12次，第1-3次實(shí)驗(yàn)，大壩高度取固定值22m，分別調(diào)整路基寬度、滲水情況、地基強(qiáng)度，結(jié)果表明，在大壩高度不變的情況下，路基越寬、滲水越嚴(yán)重、地基強(qiáng)度越低，不均勻沉降的發(fā)生情況越嚴(yán)重。第4-6次實(shí)驗(yàn)，取固定路基寬度，分別調(diào)整大壩高度、滲水情況、地基強(qiáng)度，結(jié)果表明，在路基寬度不變的情況下，大壩高度越高、滲水越嚴(yán)重、地基強(qiáng)度越低，不均勻沉降的發(fā)生情況越嚴(yán)重。第7-9次實(shí)驗(yàn)，取固定滲水情況，分別調(diào)整路基寬度、大壩高度、地基強(qiáng)度，結(jié)果表明，在滲水情況不變的情況下，路基越寬、大壩高度越高、地基強(qiáng)度越低，不均勻沉降的發(fā)生情況越嚴(yán)重。最后三次實(shí)驗(yàn)也證明了相關(guān)理論。

四、總結(jié)

以某水庫大壩道路為例，分析了路基、路面不均勻沉降設(shè)計要點(diǎn)等內(nèi)容。目前來看，影響水庫大壩道路路基、路面不均勻沉降的因素包括大壩高度、路基寬度、滲水情況、地基強(qiáng)度四個方面，在進(jìn)行設(shè)計時需要加以考慮，可行策略包括選取合適的大壩高度、控制路基寬度、做好隔水作業(yè)、強(qiáng)化地基等，通過模擬實(shí)驗(yàn)，上述理論得到證明。后續(xù)工作中，應(yīng)用對應(yīng)理論有利于控制水庫大壩道路路基、路面的不均勻沉降問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]梁巧秀,張俊濤,袁克強(qiáng). 溫度對GM(1,1)模型預(yù)測大壩沉降值影響的分析[J]. 甘肅水利水電技術(shù),2017,53(06):41-44.

[2]梁景輝. 基于IGGⅢ穩(wěn)健估計法在大壩沉降監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 測繪與空間地理信息,2014,37(05):196-197+207.