土石混填高填方路基施工期沉降监测结果及规律研究

马立纲，杨义鹏

(1.河北省高速公路承赤筹建处，河北 承德　067000；2.河北工业大学土木工程学院,天津　300401)



土石混填高填方路基施工期沉降监测结果及规律研究

马立纲1，杨义鹏2

(1.河北省高速公路承赤筹建处，河北 承德067000；2.河北工业大学土木工程学院,天津300401)

摘要：针对实际工程 ,对土石混填高填方路堤的沉降的监测方案进行了简述，通过对监测数据的整理分析,对施工期高填方路堤的沉降规律进行了研究。运用有限元软件对高填方路堤施工期沉降进行了模拟，模拟得出的沉降变形规律与现场实验数据得出的规律基本相符，可以有效地指导施工。

关键词：高填方路堤；监测；有限元

1工程概况

承赤高速公路属大陆性季风气候，区域属燕山地槽，境内地形复杂。大部位于以变质岩为主的低山重丘陵地区，仅南部位于以火成岩为主的低山重丘。实验路段全线位于河北省承德市境内，选取承赤高速的第七合同标段，位于双峰寺，均为土石混填高填方路基路段。年降雨量在500～650 mm左右，项目区域最大冻土深度1.5 m。项目区域内地震基本烈度Ⅵ度。

2监测方案

根据现场场地的的实际情况，为满足要求，同时便于观测，我们将承赤第七合同段高填方监测段选定在020#涵洞附近区域。监测段共设置沉降监测断面2个。选择横剖测试法进行观测路基的沉降，其横断面和平面如分别如图1，图2所示。

测管埋设在高填方路基底部，长约80 m，埋深近17 m，路基沉降采用预埋监测管，之后用剖面沉降仪进行监测。

图1　测管横断面布置图

图2　测点平面布置示意图

3数据分析与沉降变形规律研究

试验路段监测时间从2012年6月到2012年10月，填方高度17 m。为了更加直观的表示基底沉降值随时间的变化规律，将数据处理绘制成图3，图4。

图3　断面1基底沉降随时间变化规律

图4　断面2基底沉降随时间变化规律

由沉降观测图表数据分析可以得到如下结论。

(1)两幅点线图中沉降的变化趋势基本相似，且发现每一测点的沉降变化曲线符合对数变化规律：在路基填筑开始后发生沉降变形，且随着施工的进行，沉降速率逐渐增大，至路基填筑后期，即路基高度接近达到17 m时，沉降速率放缓，沉降变形开始趋于稳定。此时可以根据实验数据和对现场实际施工的分析确定一个变形速率，作为施工期路基沉降的控制标准。

(2)路基同一断面处沉降以路基中央处为界基本有对称性变化规律，即在路基中央两侧距路基中央同样距离处沉降量基本相同，且越靠近路基中间位置，沉降量越大，越接近边坡测点处，路基沉降量越小。这一变化规律就要求，在路基的填筑施工过程中，重点考虑中部路基的填料压实问题，即采用更高的压实度，避免中部的沉降过大使路基整体发生不均匀沉降产生裂缝。

4有限元模拟

4.1有限元计算模型

本文使用PLAXIS软件，根据设计方案建立模型，采用MC(Mohr-Coulomb)屈服准则，取一半模型进行分析，模型路堤面宽度为17 m，高度为17 m。整体模型网格划分及边界情况如图5所示。路堤分为4层填筑，每个施工步骤填筑一层。第一步为12 d填筑4 m；第二步为12 d填筑5 m；第三步为10 d填筑5 m；第四步为6 d填筑3 m。

图5　单元网格划分

4.2模型参数选取

依据地勘报告，并参考《道路交通常用数据手册》，选定了相关物理力学参数见表1。全风化片麻岩和中风化片麻岩的弹性模量E由主固结仪加载中的切线刚度Eoed(kN/m2)替代，分别为Eoed=330 000 kN/m2和Eoed=300 000 kN/m2。

表1　材料物理力学参数

4.3计算结果与分析

(1)由图3可知，路堤的总沉降量随施工的进行不断增加，但每个填筑层的沉降量并不相同。第一填筑期的沉降量最小，第三填筑期的沉降量最大，再结合填筑的工期时间可以发现沉降速率在此阶段最大。这与现场实验数据的分析结果基本一致，此阶段应作为填筑施工阶段的重点关注阶段，要求选用适当的施工工艺，采用较高的压实度。如在此阶段发生不均匀沉降导致裂缝的产生，可采用灌浆法进行处理，会起到一定的效果。

(2)随路堤填筑高度的增加，后填筑的土层占总体沉降量的比例在减小，垂直最大位移出现在路堤上部，向下逐渐变小，这表明各层沉降位移积累，至填筑结束时的施工期最终总沉降位移出现上部向下逐渐减小的情况。水平方向上垂直位移最大处出现在路堤中部。位移最大值点出现在路堤模型的左上角，极值为208.92 mm。数值模拟得出的沉降变形规律与现场实验数据得出的规律基本相符，说明有限元模型的可以有效地指导施工

5小结

(1)在路基填筑开始后，路基开始发生沉降变形，且随着施工的进行，沉降速率逐渐增大，至路基填筑后期，即路基高度接近达到17 m时，沉降速率放缓，沉降变形开始趋于稳定。

(2)路基同一断面处沉降以路基中央处为界基本有对称性变化规律随路堤填筑高度的增加，后填筑的土层占总体沉降量的比例在减小垂直最大位移出现在路堤上部，向下逐渐变小，水平方向上垂直位移最大处出现在路堤中部。位移最大值点出现在路堤模型的左上角，极值为208.92 mm。数值模拟得出的沉降变形规律与现场实验数据得出的规律基本相符，可以有效地指导施工。

参考文献：

[1]陈谦应，蒋树屏，柴贺军，等． 山区公路路基稳定理论与实践[M]． 北京:人民交通出版社，2005．

[2]刘尧军,赵玉成,冯怀平.路堤沉降监测方法应用研究[J].公路交通科技,2004,21(1):31- 32.

[3]旷军意．高填方路基下沉的原因分析和处理措施[J]．福建建材，2006(4) :45，114．

A study on settlement regularity for earth-rock mixture high rockfill embankment during construction period

MA Li-gang1, YANG Yi-peng2

(1. Construction Office of Chicheng Highway of Hebei Province , Chengde,067000；2. College of Civil Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401)

Abstract:According to the actual project, the earth-rock fill high embankment settlement monitoring schemes are briefly introduced, through the analysis of the monitoring data, the settlement rules of high fill embankment during the construction are studied. The sedimentation process is simulated by using finite element software, the simulation results matched the measured results very well, and the finite element model can effectively guide the construction

Keywords:high rockfill embankment; monitoring; finite element

收稿日期：2016-02-11

作者简介：马立纲(1982-)，男，工程师。

中图分类号：TU472.1

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)05-0007-02