海南万宁一座小型水库溃坝

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堆载预压下软土地基变形对路堤内应力影响研究作者：邵光辉 刘松玉单位： 东南大学岩土工程研究所，南京 210096联系方式：摘要：堆载预压法是高速公路软土地基处理的一种有效方法，预压过程中，由于路堤轴线与两侧的地基附加应力不同，会产生中间大、两侧小的沉降差异，形成沉降盆。对于高填土的超载预压路堤，这种差异将与施工工况有关。路堤与地基的变形是协调的，路堤的刚度影响地基应力分布，同时影响地基沉降盆的形状。地基沉降盆的形成会使路堤内部产生一定的剪应力，的如果填土层较薄，则剪应力很小，可把填土层视为柔性。但对某些工况条件下的高填土路堤，路堤刚度和内部剪应力对地基变形的影响不应忽略。当路堤进行分层填筑时，由于填筑时间的不连续，早期填筑的土层随着地基沉降盆的出现和发展逐渐在内部产生剪应力，路堤填土与地基变形协调，层状填土挠曲变形，填土面与地基表面产生的相应剪应力随时间逐渐增加。当地基经过一段时间的固结后，沉降盆发展到一定程度，在其上填筑新土层。新填土层内部剪应力将随着新荷载引起的地基沉降的发展而发展，与下部早期填土已完成的沉降变形无关。对于下部填土，后续的每层新填土荷载引起的地基沉降盆发展，都会使其挠曲变形加大，剪应力增加。内部剪应力分布是与每层填土的填筑时间密切相关的。对于分期填筑的每一层填土，挠曲变形和内部剪应力都只与其本身以及后续的填土引起的地基变形有关，而与之前已产生的沉降变形无关。 分期填筑的工期长短对路堤的刚度发挥有重要影响。如果高填土路堤是短期内快速填筑完成的，则显见填土越厚，刚度越大，内部剪应力越大，沉降盆的差异沉降越小。但实际的填土施工往往因为软土地基的天然承载力不足而分期填筑，在这种条件下，地基变形情况将有明显不同。工期越短，路堤整体刚度越大，沉降盆差异沉降越小；工期越长。路堤整体刚度越小，沉降盆差异沉降越大。这一原理就类似于把一厚叠纸按逐张分次叠放或一次性叠放在一个柔软物体表面，所表现的刚度会有差异一样。海相软土高压缩性、低渗透性决定了海相软土地基的沉降量大、固结速度慢的特点。文章根据堆载预压法处理海相软土地基的变形规律，针对路基填土加载的实际特点，按匀速加载、前期快速加载、后期快速加载等几种典型工况条件，运用层状体系理论对分层填筑的路堤对其内应力变化进行分析对比，说明在大变形条件下，地基沉降盆的存在和发展会引起路堤内剪应力分布不连续，并且不同加载工况条件对沉降盆的形成以及路堤内应力的影响是明显的，填筑时间越早的土层挠曲变形越大，承受的剪应力越大，剪应力随填土层自下而上逐渐减小。在相同施工工期内，区分不同的工况，将有不同特点。第1种工况：匀速填土，随着填土层的增加，由底部到顶部剪应力逐渐减小，分层越薄路堤刚度越小，沉降盆差异沉降越大。第2种工况：前期快速填土，后期慢速填土，前期完成得沉降量较大，前期填土承担主要的剪应力，后期填土承担较小的剪应力，路堤刚度主要由前期填土发挥。前期填土越厚，路堤刚度越大，沉降盆差异沉降越小；反之，路堤刚度越小，沉降盆差异沉降越大。第3种工况：前期慢速填土，后期快速填土，前期完成得沉降量较小，前期填土承担的剪应力较匀速填土时小，后期填土承担的剪应力较匀速填土时大，此时路堤上下层土的刚度发挥趋向均一化。后期填土厚度越大，整个路堤刚度表现较之前两种工况越大，沉降盆的差异沉降就越小，但此时，后期填土由于承受较大剪应力可能导至路堤表面纵向开裂。地基土的压缩性越高，总沉降量越大，上述表现将越明显。按照现有的设计理论计算地基最终沉降量时，把路堤视为完全柔性体，最终沉降量只与填土荷载的大小和地质条件有关，不考虑施工填土工期与分期填筑工况对路堤刚度的影响，在填筑工期长、薄层匀速填土条件下是可行的。但在上述第2、第3种工况条件下，把路堤看作完全柔性体是不恰当的，路堤刚度将影响沉降盆的差异沉降。按柔性路堤计算的沉降最终量，在路堤轴线处偏大，路堤两侧偏小。 文章就海相软土上某高速公路路基的纵向开裂事故为例，根据其实际工况和地质条件，结合实测沉降资料，分析了路堤的内应力分布特征。说明前期填土施工缓慢，后期赶工集中填土时，实际存在的剪应力确实可能导致路堤表层填土纵向开裂，造成工程问题。堆载预压处理软土地基时，高填土路堤施工不仅要考虑地基的稳定性，还应考虑不同工期和工况条件下地基与路堤相互作用的问题。实际上，只要工期和施工安排合理，荷载不超过地基承载力，即使地基产生大变形也不会引起的路堤破坏。文章最后从软土地基与路堤的相互作用出发，提出考虑路堤内剪应力变化的变形控制施工原则，堆载预压法处理软土地基施工时，合理填筑工期的确定除了应考虑地基承载力的增长满足要求外，还应保证路堤内剪应力不超过填土的抗剪强度，填土施工应按薄层匀速填筑，即使地基承载力满足要求，也应避免短期集中赶工填土。