路基承載力與路堤穩(wěn)定性及沉降關(guān)系研究

■宋永高 ■江蘇海通建設(shè)工程有限公司，江蘇 連云港 222001

1 路基承載力與路堤穩(wěn)定性

1.1 路基承載力確定

確定路基承載力的方式一般有四種方法，其一是原位試驗(yàn)法，該方法是通過現(xiàn)場直接試驗(yàn)確定承載力的方法。包括(靜)載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等，其中以載荷試驗(yàn)法為最可靠的基本的原位測試法;其二是理論公式法，該方法是根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的理論公式確定承載力的方法;其三是規(guī)范表格法，該方法是根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)、現(xiàn)場測試指標(biāo)或野外鑒別指標(biāo)，通過查規(guī)范所列表格得到承載力的方法;其四是當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)法，該方法是一種基于地區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行類比判斷確定承載力的方法，它是一種宏觀輔助方法。而本文對(duì)于路基承載力確定，可以根據(jù)路基承載力的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，選擇太沙基承載力計(jì)算公式來確定，其計(jì)算公式如下:

式中c——土的粘聚力;q——邊載;Nc、Nq、——路基承載力系數(shù);γ——地基土容重;B——路基基底寬度。

1.2 路堤穩(wěn)定性的分析

(1)陡坡路堤穩(wěn)定性的分析。路堤修筑在陡坡上，且地面橫坡大于1∶2，或在不穩(wěn)固山坡上時(shí)，路基不僅要作穩(wěn)定性分析，還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。對(duì)于其陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性的分析方法有兩方面，其一是當(dāng)基堤是單一坡面，土體沿直線滑動(dòng)面整體下滑時(shí)，可按直線法。其二是當(dāng)滑動(dòng)面為多個(gè)坡度的折線傾斜面時(shí)，可將滑動(dòng)面上土體折線段劃分為若干條塊，自上而下分別計(jì)算各土體的剩余下滑力E=T-R/K，直到最后一塊的剩余下滑力為零時(shí)，由此確定穩(wěn)定性安全系數(shù)K。

(2)浸水路堤的穩(wěn)定性的分析。受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等。水通過內(nèi)在和外在兩個(gè)方面對(duì)路基邊坡穩(wěn)定性造成影響。內(nèi)在是土體含水量增加時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度會(huì)下降而內(nèi)部剪應(yīng)力會(huì)增加，造成邊坡穩(wěn)定性降低;而外在在浸水狀況下，水的浮力和水位升降產(chǎn)生的動(dòng)水壓力也會(huì)降低邊坡土體穩(wěn)定性。需要注意的一點(diǎn)是，浸水路堤除承受自重和行車荷載作用外，還受到水浮力和滲透動(dòng)水壓力的作用。對(duì)于其浸水路堤的穩(wěn)定性分析方法有三個(gè)方面，其一是假想摩擦角法，適當(dāng)改變填料的內(nèi)摩擦角，利用非浸水時(shí)的常用方法，進(jìn)行浸水時(shí)的路堤穩(wěn)定性計(jì)算;其二是懸浮法，假想用水的浮力作用間接抵消動(dòng)水壓力對(duì)邊坡的影響，即在計(jì)算抗滑力矩中，用降低后的內(nèi)摩擦角反映浮力的影響，而在計(jì)算滑動(dòng)力矩中，不考慮浮力作用，滑動(dòng)力矩沒有減小，用以抵償動(dòng)水壓力的不利影響;其三是條分法，將土條分成浸水與干燥兩部分，并直接計(jì)入浸水的浮力和動(dòng)水壓力作用。

1.3 路基荷載水平

為便于分析路基承載力及路堤穩(wěn)定性，文中用路基荷載力來表示路基承載力的滿足程度，而所謂的路基荷載力主要是指路基基底壓力與路基承載力間的比值，用下面的公式(2)進(jìn)行計(jì)算:

式中:ξ——路基的基本荷載水平;γ——路堤的填料總?cè)葜?H——路堤的實(shí)際高度。

綜上所述，當(dāng)路基的基本荷載水平小于1 時(shí)，可以直觀的得出路基承載力的相關(guān)設(shè)計(jì)均符合要求，但是，相反的話，當(dāng)路基的基本荷載水平大于1 時(shí)，當(dāng)然所得出路基承載力的設(shè)計(jì)也就均不符合相關(guān)要求，這是需要明確注意的一點(diǎn)。

1.4 路基承載力與路堤穩(wěn)定性之間的基本關(guān)系

要分析路基承載力與路堤穩(wěn)定性之間存在的基本關(guān)系，首先需要對(duì)其路堤的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算，在計(jì)算之前可以直接完全按照符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行，也就是我們直接忽略路堤填筑前的基本情況，然后通過設(shè)定其質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，最后通過計(jì)算分析得出路堤填料物理力學(xué)的基本指標(biāo)以及設(shè)計(jì)參數(shù)的相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)資料。

根據(jù)上述所概述的內(nèi)容，本段這里所利用路基荷載水平與路堤穩(wěn)定系數(shù)表示來表征路基承載力與路堤穩(wěn)定性之間的基本關(guān)系。首先根據(jù)得到路堤填料的物理力學(xué)指標(biāo)為依據(jù)，再通過分析不同均質(zhì)土地基上，在不同路堤高度的情況下計(jì)算得出路基荷載水平與路堤穩(wěn)定系數(shù)的相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)。最后再通過路基荷載水平與路堤穩(wěn)定系數(shù)的相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)得出在不同的計(jì)算條件之下，具體的路基荷載水平與路堤穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系。

2 路基承載力與路堤沉降

2.1 路堤沉降計(jì)算公式的應(yīng)用條件

一般情況下，路堤沉降主要由以下兩個(gè)部分:路堤本體的沉降變形和地基的沉降變形。地基的沉降包括瞬時(shí)沉降Sd、主固結(jié)沉降Se 和次固結(jié)沉降Ss。在工程實(shí)踐中，瞬時(shí)沉降往往不單獨(dú)計(jì)算，而是將主固結(jié)沉降乘以修正系數(shù)m 來考慮瞬時(shí)一沉降及其他因素的影響，即總沉降S 可按下式計(jì)算:S=mSe

主固結(jié)沉降一般采用分層總和法，根據(jù)實(shí)測e-p 曲線進(jìn)行計(jì)算，如下式:

式中:——土層在自重應(yīng)力下的孔隙比;——自重應(yīng)力與附加應(yīng)力作用下的孔隙比;△hi——土層厚度。

需要注意的是:e-p 曲線是在側(cè)限條件下得出，因此采用上式計(jì)算的主固結(jié)沉降不包括側(cè)向變形。然而在實(shí)際的數(shù)據(jù)面前，一旦地基荷載接近或者超出荷載極限的時(shí)候，路基便會(huì)出現(xiàn)大面積的側(cè)向變形。于此同時(shí)，也有相關(guān)研究結(jié)論表示，當(dāng)?shù)鼗辜魪?qiáng)度不足時(shí)，路堤與地基易發(fā)生整體側(cè)向滑動(dòng)，表現(xiàn)為地基發(fā)生較大的側(cè)向變形。雖然式S=mSe 采用修正系數(shù)來考慮側(cè)向變表形及其他因素對(duì)路基總沉降的影響，但有一點(diǎn)必須得明確的是，該式必須在路基基本荷載達(dá)標(biāo)，并且沒有出現(xiàn)任何承載力所引發(fā)的工程破壞的條件下進(jìn)行實(shí)測數(shù)值。

2.2 路基沉陷與路基承載力

理論上，如果上部荷載超過路基承載力，路基就會(huì)發(fā)生破壞。路基的破壞形式有多種，路基沉陷就是其中的一種。許多資料表明，路基的沉陷變形是一種普遍存在的現(xiàn)象。有許多區(qū)段沉陷較大而且長期繼續(xù)發(fā)展，成為影響運(yùn)輸?shù)膰?yán)重問題。路基沉陷的原因很復(fù)雜，可能有多種，但筆者認(rèn)為路基承載力不滿足要求，路基發(fā)生局部剪切變形或最后喪失極陷平衡的整體滑坍也是其中之一。

3 結(jié)束語

綜上所述，用圓弧法來分析路堤穩(wěn)定性并不安全，即便在路基承載力不符合要求的情形下依舊能得出路基穩(wěn)定的結(jié)論，所以在路基設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)一步對(duì)路基的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。此外，路基承載力符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)前提是選用現(xiàn)有沉降設(shè)計(jì)的理論計(jì)算出路基沉降變形，同時(shí)引起路基沉陷的主要原因也包括路基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。

［1］劉怡林.公路路基地基承載特性及破壞模式［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010(1):84-89.

［2］趙九齋.連云港軟土路基沉降研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2000(6):643-649.