摘要 為克服粉細(xì)砂地質(zhì)對(duì)公路工程建設(shè)的不利影響，以某公路工程為依托，運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的研究方法，論證了水泥改良粉細(xì)砂用作路基填料的可行性。研究表明：（1）路基單點(diǎn)沉降值和多點(diǎn)沉降值均呈“先增再減后穩(wěn)定”的變化趨勢(shì)，且沉降數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)基本一致，表明改良土作為路基填料可滿足路基沉降控制要求；（2）路基中心線靜土壓力在時(shí)間上，表現(xiàn)為總體穩(wěn)定，小幅波動(dòng)變化，在空間上隨深度變化呈近似線性關(guān)系，表明改良土填筑路基受力性能良好，滿足路基填筑需求。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；粉細(xì)砂路基；路基沉降；受力特性

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0111-03

0 引言

粉細(xì)砂土層在我國(guó)分布廣泛，是公路工程建設(shè)常見的不良地質(zhì)，其力學(xué)性能、保水性能、自穩(wěn)性能較差，若不能有效處理，易造成路基開裂、崩壞等質(zhì)量弊病。為克服粉細(xì)砂地質(zhì)對(duì)公路工程建設(shè)的不良影響，該文結(jié)合某公路工程施工案例，通過(guò)數(shù)值模型分析和實(shí)地監(jiān)測(cè)相結(jié)合的研究方法，深入分析了石灰改良粉細(xì)砂填筑路基的沉降和受力特性，可為同類工程施工提供參考價(jià)值。

1 工程概況

某公路全長(zhǎng)16.92 km，工程沿線粉細(xì)砂地質(zhì)分布廣泛，該類土體承載力性能、自穩(wěn)性能、顆粒級(jí)配較差，受外力作用極易松散位移，無(wú)法直接用作路基填筑材料。若外采優(yōu)良工程土，不僅工程成本過(guò)高，對(duì)工期延誤較大，且會(huì)造成大量資源浪費(fèi)。經(jīng)研究，擬采用水泥改良粉細(xì)砂方案，加固沿線粉細(xì)砂地層。

2 水泥改良加固方案

2.1 水泥改良加固可行性的理論分析

理論計(jì)算模型，如圖1所示。

路床上層0.6 m填筑A組土，路床下層1.9 m填筑B組土，路堤填筑C組土，其中B組土為原狀土摻入A組土后的改良土，C組土為工程沿線細(xì)粉砂原狀土，路基地層主要參數(shù)如表1所示。

路基土體在設(shè)計(jì)荷載下的固結(jié)程度采用平均固結(jié)度法計(jì)算；地基在施工荷載、路基荷載及設(shè)計(jì)車載作用下產(chǎn)生的沉降變形采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計(jì)算；路基在自身及設(shè)計(jì)車載下產(chǎn)生的主固結(jié)沉降，采用e-p曲線法計(jì)算，鑒于該工程沿線土體及改良土特性，此次研究不考慮次固結(jié)沉降；路基土體穩(wěn)定計(jì)算采用有效固結(jié)應(yīng)力法，路基邊坡穩(wěn)定性采用條分法計(jì)算，土條寬度為1.0 m，搜索半徑為0.5 m，圓心步長(zhǎng)為1.0 m[1]。

路基中心處基底沉降最大，沉降量為8 mm，路基抗滑移系數(shù)為1.643，路基沉降數(shù)據(jù)、穩(wěn)定性均滿足設(shè)計(jì)要求，表明風(fēng)積沙水泥改良土工程性能良好，可滿足路基填料施工要求。

2.2 路基改良加固前后的數(shù)值模擬

以上述理論分析模型為研究依據(jù)，取表1數(shù)據(jù)參數(shù)，運(yùn)用有限元分析軟件分別建立原狀土和改良土填筑路基的路基模型，對(duì)路基進(jìn)行受力分析，如圖2所示。

對(duì)數(shù)值分析模型A、B、C這3個(gè)區(qū)域動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)3處區(qū)域動(dòng)應(yīng)力最大值均出現(xiàn)在路基中心線位置，其動(dòng)應(yīng)力值分別為71 kPa、38 kPa、13 kPa，且隨深度增加而減小。由以上結(jié)果可知：改良土在當(dāng)前深度圍壓工況下，最大動(dòng)強(qiáng)度為90 kPa，滿足路基填筑材料的設(shè)計(jì)和規(guī)范要求[2]。A、B、C，3個(gè)區(qū)域的沉降模擬計(jì)算結(jié)果顯示，3個(gè)區(qū)域沉降位置均處于路基中心線位置，其對(duì)應(yīng)沉降值分別為6.5 mm、3.1 mm、0.9 mm，且最大位移發(fā)生位置向左、右、下3個(gè)方向不均勻擴(kuò)建，各向沉降數(shù)值隨之降低。路基改良前后的沉降速率、加速度峰值、最大動(dòng)應(yīng)力及其衰減率對(duì)比如圖3所示。

路基改良前后對(duì)應(yīng)的基頂最大累積沉降分別為10.32 mm、7.62 mm，改良土填筑的路基沉降量降低26.16%，表明路基改良可有效控制基頂沉降[3]。

3 監(jiān)測(cè)分析

3.1 監(jiān)測(cè)概況

結(jié)合數(shù)值模型分析結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)工況，選擇K3+160和K3+180斷面作為監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)路基沉降和土壓力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)數(shù)值模型分析結(jié)果的可靠性，為后續(xù)正式施工提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 單點(diǎn)沉降

在K3+160和K3+180斷面各布設(shè)兩個(gè)沉降檢測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在路基中心線兩側(cè)3.95 m處，布設(shè)深度為1.70 m。沉降檢測(cè)結(jié)果表明：（1）單點(diǎn)沉降值前期增加較快，達(dá)到峰值后，開始趨于穩(wěn)定，可知改良土填料可有效控制路基沉降；（2）兩斷面各測(cè)點(diǎn)沉降量變化趨勢(shì)基本一致，且數(shù)值差異較小[4]。

3.3 多點(diǎn)沉降

根據(jù)數(shù)值模型分析結(jié)果，多點(diǎn)沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)于路基中心線，沉降數(shù)據(jù)通過(guò)沉降板監(jiān)測(cè)，通過(guò)控制沉降板埋深監(jiān)測(cè)不同深度路基沉降數(shù)據(jù)。多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：（1）路基沉降隨深度增加而減小，K3+160和K3+180兩斷面基頂處，沉降值分別穩(wěn)定在12.66 cm、7.78 cm，在基頂5 m范圍內(nèi)，沉降值隨深度增加衰減較快，5 m以下測(cè)點(diǎn)幾乎無(wú)沉降；（2）K3+160斷面沉降變化曲線在基頂下4 m處重合，表明該斷面主要處沉降發(fā)生在基頂以下4 m范圍內(nèi)，更深處位置基本不發(fā)生沉降，K3+160斷面類似現(xiàn)象則出現(xiàn)在基頂以下5 m處。

3.4 土壓力強(qiáng)度

數(shù)據(jù)采集儀器采用靜土壓力盒。實(shí)地監(jiān)測(cè)和數(shù)值模型輸出的土壓力隨時(shí)間變化曲線如圖4所示，土壓力隨深度變化曲線如圖5所示。

分析圖4、圖5可知：（1）路基施工完成后，路基靜土壓力隨時(shí)間變化基本不變，數(shù)據(jù)波動(dòng)波幅較總體幾乎可忽略；（2）路基土壓力隨空間深度增加，呈線性增加趨勢(shì)，基底處土壓力強(qiáng)度最大[5]。

4 結(jié)論

該文結(jié)合實(shí)體工程，運(yùn)用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的研究方法，深入分析了改良細(xì)粉砂路基沉降和受力特性，結(jié)論如下：

（1）采用原狀土填筑路基，基頂最大沉降值為10.32 mm；經(jīng)路基改良后，基頂最大沉降基本穩(wěn)定在7.62 mm，路基改良后基頂沉降值降低26.16%，證明改良土可有效控制路基沉降。

（2）路基沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，路基沉降主要發(fā)生在基頂以下5 m范圍內(nèi)，5 m以下幾乎不發(fā)生沉降；基頂以下5 m范圍內(nèi)，各深度路基沉降值變化趨勢(shì)可大致分為3個(gè)階段，前期沉降值快速增加，中期沉降值增速放緩，后期穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值，且數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。

（3）路基靜土壓力施工后隨時(shí)間變化基本保持穩(wěn)定，雖存在小幅變化，但波幅相較于靜壓力穩(wěn)定值幾乎可忽略不計(jì)；路基土壓力隨空間深度增加，呈近似線性增加趨勢(shì)。研究驗(yàn)證了水泥改良粉細(xì)砂方案的可行性，結(jié)合該工程原狀土調(diào)查結(jié)果，建議水泥摻配比為5%。

參考文獻(xiàn)

[1]唐競(jìng)，趙云剛，許德鮮，等.不同埋深粉細(xì)砂層旁壓承載特性試驗(yàn)研究[J].粉煤灰綜合利用，2020（6）：41-44+73.

[2]韓莉，徐韓寶，崔自治，等.銀川平原粉細(xì)砂的強(qiáng)度特性[J].土工基礎(chǔ)，2020（1）：33-36.

[3]徐旭，薛彥雨，張振雨，等.富水粉砂層鐵路路基注漿加固體力學(xué)特性及沉降規(guī)律研究[J].城市建筑，2021，18（24）：178-182+198.

[4]吳鵬.和若鐵路粉細(xì)砂包芯路基邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析[J].西部交通科技，2023（8）：168-173.

[5]李鑫.水泥改良粉細(xì)砂路基工后沉降及空間應(yīng)力分布研究[J].路基工程，2020（4）：5-10.

收稿日期：2024-04-22

作者簡(jiǎn)介：王連平（1990—），男，本科，助理工程師，主要從事公路工程施工技術(shù)工作。