摘要 為深入探究山區(qū)高速公路軟弱路基的變形特征和穩(wěn)定性問題，該文通過介紹軟弱路基變形特征的分類與分析方法，闡述了軟弱路基在山區(qū)高速公路上的變形特征和變形機理。同時，通過離心試驗模擬了山區(qū)高速公路軟弱路基在不同工況下的受力狀態(tài)，進一步驗證了軟弱路基的變形規(guī)律和破壞模式。依托項目軟弱路基工程概況分析，該文詳細介紹了實際工程中軟弱路基的工程特性、地質環(huán)境和施工情況，為后續(xù)的變形觀測提供了基礎數(shù)據(jù)。在變形觀測方面，該文采用了多種監(jiān)測手段對軟弱路基的變形進行了實時監(jiān)測和分析，得出了軟弱路基在山區(qū)高速公路上的變形規(guī)律和影響因素。研究結果表明：通過合理的工程設計和施工措施，可以有效地控制軟弱路基的變形和破壞，提高山區(qū)高速公路的穩(wěn)定性和安全性。

關鍵詞 山區(qū)高速公路；軟土路基；變形特性

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0149-03

0 引言

山區(qū)高速公路建設面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中軟弱路基問題尤為突出。軟土地基因其低強度、高壓縮性等特性，在外界荷載下極易產生變形，從而降低公路的安全與服役年限。軟弱路基的變形主要受到地質條件、環(huán)境因素和工程荷載等多重因素影響[1]。山區(qū)公路因地形和地質條件的變化而異，軟弱路基的變形特征尤為復雜。常見的變形類型包括沉降、滑移和擠壓等。這些變形不僅影響道路的平整度，還可能引發(fā)更嚴重的安全問題。研究軟弱路基在山區(qū)高速公路上的變形特征，對于保障道路安全、提高工程質量具有重要意義。

1 軟弱路基變形特征分類與分析

軟弱路基的變形主要包括壓縮變形和側向變形兩種。壓縮變形是由于路基材料在垂直方向上受到壓力作用而產生的變形，通常表現(xiàn)為沉降；側向變形則是由于路基材料在水平方向上受到剪切力作用而產生的變形，通常表現(xiàn)為滑移或擠壓[2]。軟弱路基的壓縮變形主要發(fā)生在道路使用初期，隨著時間的推移，變形速率逐漸減緩。壓縮變形的大小與路基材料的性質、壓實度、外部荷載等因素密切相關。在山區(qū)高速公路中，由于地形起伏大，路基的壓縮變形往往表現(xiàn)出不均勻性，即不同位置的變形量存在差異[3]。對于壓縮變形特征的測定可通過在壓縮儀上進行單向壓縮試驗實現(xiàn)。圖1為壓縮儀基本結構圖。

在進行試驗時，需要確保試樣不會受到任何來自側向的力，通過分級加載荷載的方式，每增加一級荷載，在土樣達到穩(wěn)定狀態(tài)時測其變形量，直到完成最后一級荷載加載為止[4]。根據(jù)土樣初始高度、初始孔隙比等參數(shù)，通過下述公式計算得出加載后的孔隙比：

式中：代表加載后的孔隙比，代表初始孔隙比，代表加載后土樣的變形量（m），代表土樣初始高度（m）。壓縮性可以通過壓縮系數(shù)計算得出。壓縮系數(shù)是指土體壓縮量的大小，其公式為：

式中：代表壓縮系數(shù)，代表初始荷載條件下的孔隙比，代表最終荷載條件下的孔隙比，代表初始荷載（kN/㎡），代表最終荷載（kN/㎡）。壓縮系數(shù)越大，則說明壓縮性越高。還可通過壓縮指數(shù)計算，確定壓縮性，公式為：

式中：代表壓縮指數(shù)。

側向變形主要表現(xiàn)為路基的滑移和擠壓。滑移通常發(fā)生在路基的邊坡處，由于邊坡穩(wěn)定性不足，受到降雨、地震等外部因素的影響，容易發(fā)生滑移現(xiàn)象。擠壓則多發(fā)生在路基的橫向連接處，由于路基材料的側向約束不足，容易發(fā)生擠壓變形。

2 山區(qū)高速公路軟弱路基離心試驗

離心試驗是利用離心力場模擬實際工程中的重力場，通過調整離心機的轉速，可以實現(xiàn)對實際工程中的應力、應變狀態(tài)的模擬。離心試驗裝置主要包括離心機、模型箱、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分[5]。在試驗過程中，將軟弱路基模型放置在模型箱內，通過調整離心機的轉速和加載方式，模擬不同工況下的路基受力狀態(tài)。引入高速旋轉的土工離心機，其基本結構如圖2所示。

利用該裝置使其產生的離心力為其自身重量的n倍，以彌補由于縮比1/n引起的自重應力損耗，使其與原型在應力、應變等條件下保持一致。與一般靜態(tài)狀態(tài)下的物理模型相比，更符合真實情況，對于研究以自重為主的巖土工程力學行為具有重要意義。通過離心模型實驗，利用離心力場對重力場進行模擬，將工程結構物的自重提升至與原型對應的狀態(tài)。

在此基礎上，采用1/N比例離心模型，將超孔隙水壓力分布與1/N2的離心模型進行比較，發(fā)現(xiàn)在離心力場作用下，孔隙水壓力的消失時間會縮短1/N2倍[6]。這一特征可用于模擬真實土壤經(jīng)過幾十年乃至幾百年時間的固結過程。通過調整離心模型的尺度和離心力場，可以更準確地預測實際工程中土層的長期固結行為，從而優(yōu)化山區(qū)高速公路軟弱路基的設計與施工方法。

離心模型試驗與重力場的差異在于試驗模型所受的離心力場特性[7]。離心機轉臂在離心過程中產生的離心力場，離心機轉子以角速度轉動時，徑向上的質點將承受離心力與重力的雙重影響。由于離心力場并不能充分反映實際情況，因此，離心模型實驗的結果與實際情況相差甚遠[8]。然而，通過精確控制離心機的旋轉速度和加載條件，可以最大限度地減小這種近似性，從而更準確地模擬實際工程中的應力和應變狀態(tài)。假設其合力為，公式為：

式中：代表應變量（mm）。代表制模半徑（mm）。代表重力加速度（mm/s2）。

結合上述論述，在試驗前完成填土制模。在工程實踐中，首先要確定填料的最大干密度不能超過2.09 g/cm3，最優(yōu)含水量要達到9.0%。隨后，依據(jù)這些參數(shù)繪制擊實曲線，如圖3所示。

在填筑過程中，嚴格控制壓實度和填筑高度，以確保各層壓實質量。同時，為了減小模型箱周邊可能產生的邊界效應，在制模時在模型箱周圍涂抹黃油。

3 依托項目軟弱路基工程概況分析

為更直觀分析軟弱路基在山區(qū)高速公路上的變形特征，依托某軟弱路基工程項目，對其進行路基變形特征分析。該工程路線穿越的地段主要是耕地，位于一緩坡地帶。在這一區(qū)域，可以觀察到基巖局部露出地表，這些基巖受到了強烈的侵蝕和溶蝕作用。整個場區(qū)的標高范圍在1 572.4～1 658.8 m之間，相對的最大高差約為86.4 m。而該項目所穿越的路段，海拔1 585.1～1 600.1 m，最大落差是15 m。

從地貌特征上看，該場區(qū)屬于構造侵蝕－溶蝕型中低山地貌。這意味著該地區(qū)的地形地貌是在長期的地質構造運動和地表侵蝕、溶蝕作用下形成的。這種地貌類型通常具有地形起伏較大、地表形態(tài)復雜多樣的特點。在工程建設中，需要充分考慮這種地貌特征對路線設計和施工的影響，采取相應的工程措施，確保工程的安全性和穩(wěn)定性。

4 依托工程軟弱路基變形觀測

在完成上述工程項目的路基填筑后，在斷面上進行變形觀測，觀測點的布置如圖4所示。

圖4中A、B、C觀測點位于路基頂面，D、E觀測點位于路基邊坡外，F(xiàn)、G觀測點位于地表坡腳位置。通過對各個觀測點實際測量變形數(shù)據(jù)的獲取，總結軟弱路基在山區(qū)高速公路上的變形特征。

水平位移監(jiān)測：為了對路基的水平變形進行精確監(jiān)測，采用現(xiàn)場試驗的方法，在路堤的坡腳處設置了預制的鋼筋混凝土邊樁。邊樁要小心地安置在路堤兩邊的趾部，溝的外緣和距路外10 m遠的地方。為了保證資料的準確、可靠，在測量過程中，使用高精度的全站儀，并使用了視準線或單三角前交會等方法。表1中記錄了各觀測點水平變形數(shù)據(jù)。

在前100 d的監(jiān)測期內，側向變形以集中為主，后期趨于收斂；在路堤上部，設置三個監(jiān)測點：A、B、C。結果表明，點A處的水平位移最大，為-4 mm，B處為最小值，為-1.5 mm。在此過程中，邊坡平臺上D點和E點的水平位移分別為-3.5 mm和3 mm。在路堤邊坡上，兩個測點均未出現(xiàn)水平位移，說明基礎不存在剪切破壞。

垂直位移測量采用了一種由鋼底板，金屬測桿，防護套組成的沉降板。為保證監(jiān)控的精度，鋼基板的大小設置為60 cm×60 cm×3 cm，測量桿的直徑為4 cm。這些沉降板被精心布置在路基的左右路肩、中央分隔帶、路基邊坡平臺以及地表坡腳處，以便全面而準確地監(jiān)測豎向變形情況。表2中記錄了各觀測點豎向變形數(shù)據(jù)。

在施工后100 d之內，路基土體處于固結階段。在固結結束后，地基沉降趨于平緩。在路基頂面的A、B、C三個測點中，A處豎向位移最大，為-17 mm，最小處為C，豎向位移-15 mm。在邊坡平臺上，點D和E分別沉降-10 mm和-9 mm。特別指出，在路堤坡腳處的F、G點的豎向變形較小，這進一步證實了地基并未發(fā)生剪切破壞。

5 結論

該文通過對軟弱路基在山區(qū)高速公路上的變形特征進行研究，揭示了其變形規(guī)律和影響因素。為保障道路安全和提高工程質量，建議采取以下措施：加強地質勘探和前期設計工作，準確評估軟弱路基的工程特性；優(yōu)化施工方案，采取適當?shù)募庸檀胧?，提高路基的承載能力；加強運營期間的監(jiān)測和維護工作，及時發(fā)現(xiàn)并處理變形問題。

參考文獻

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收稿日期：2024-02-27

作者簡介：辛權（1993—），男，本科，工程師，從事建筑施工工作。