公路膨脹土路基變形預(yù)測與控制方法

邱 曉 沛

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

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公路膨脹土路基變形預(yù)測與控制方法

邱 曉 沛

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

介紹了膨脹土路基濕脹變形計(jì)算的方法，分析了膨脹土路基自身平衡含水率的預(yù)估方式，提出了膨脹土路基剛度補(bǔ)償設(shè)計(jì)的措施，從而避免路基變形破壞現(xiàn)象的發(fā)生。

路基，膨脹土，變形計(jì)算，含水率，剛度

在實(shí)踐工作開展過程中，為了有效的控制膨脹土路的路基變形狀況與問題，在相關(guān)工作開展過程中主要就是應(yīng)用石灰以及水泥等方式降低膨脹土的脹縮性，但是在實(shí)踐中其膨脹土與石灰無法拌合均勻，在整體上來說其施工造價相對較高。對此在近年來的發(fā)展中在公路工程開展中主要就是通過直接利用膨脹土填筑路基的方式開展施工作業(yè)，其中最為關(guān)鍵的就是對其相關(guān)變形計(jì)算以及控制的理論和方式等進(jìn)行優(yōu)化完善。

1 膨脹土路基濕脹變形計(jì)算與控制

1.1 膨脹土路基自身的變形計(jì)算方式探究

膨脹土路基在實(shí)踐中主要就是對其分層壓實(shí)成形操作，在其壓實(shí)作業(yè)施工中，通過設(shè)計(jì)的模式對其初始含水率以及干密度進(jìn)行確定，其相關(guān)膨脹土的填筑層主要的影響因素就是受到其土層自重、路面自重以及其行車的荷載等相關(guān)因素影響，對此在實(shí)踐中基于確定層位來說，其上覆壓力是可以明確的。其具體的計(jì)算公式為：

基于膨脹土自身的濕脹特征可以了解，其在發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程中會產(chǎn)生膨脹土路基的隆脹變形的問題。當(dāng)膨脹土的初始含水率、密度以及路基設(shè)計(jì)的相關(guān)高度在特定的狀況之下，其相關(guān)計(jì)算參數(shù)可以通過無荷膨脹率實(shí)驗(yàn)、有荷膨脹率實(shí)驗(yàn)以及膨脹力相關(guān)試驗(yàn)獲得，其膨脹土路基的實(shí)際平衡含水率在現(xiàn)場的實(shí)際調(diào)查以及相關(guān)數(shù)值的模擬估算過程中可以獲得。

其中較為關(guān)鍵的問題就是，在路堤邊坡的3 m左右的水平距離之內(nèi)，其是干濕循環(huán)的重點(diǎn)影響區(qū)域。在這個階段中，其實(shí)際的含水率主要就是基于晴雨季節(jié)的影響，在不同的季節(jié)中會產(chǎn)生不同程度的脹縮變形狀況。要想有效的避免其出現(xiàn)不均勻膨脹土路堤變形問題，在實(shí)踐中則可以通過采用膨脹土填芯操作、非膨脹土填料包邊等方式避免其因?yàn)楦蓾裱h(huán)導(dǎo)致的周期變化以及膨脹土路基產(chǎn)生的相關(guān)非均勻變形。

1.2 膨脹土路基自身的平衡含水率的預(yù)估方式

平衡含水率就是在其具體的濕熱環(huán)境的影響之下其膨脹土邊坡內(nèi)部因?yàn)椴煌h(huán)境以及雨水狀況影響導(dǎo)致的相對穩(wěn)定的含水率。其中膨脹土邊坡的實(shí)際干濕循環(huán)關(guān)鍵影響位置中的天然含水率與區(qū)膨脹土在實(shí)際的氣候條件下的相關(guān)平衡含水率相近似。膨脹土路基平衡含水率數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 膨脹土路基平衡含水率數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果

通過對膨脹土路基的實(shí)際調(diào)查與分析，以及相關(guān)數(shù)值模擬的分析可以了解在南方濕熱的氣候影響之下，實(shí)際的膨脹土路基的相關(guān)含水率呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢，平衡含水率與膨脹土的塑限較為接近。對此，在實(shí)踐中可以將塑限作為其膨脹土路基的最終含水率。

2 膨脹土路基剛度補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法

在實(shí)踐中，如果基于其最大承載力作為實(shí)際的工作目標(biāo)開展相關(guān)膨脹土的路基壓實(shí)操作，膨脹土的實(shí)際填料雖然可以有效的滿足路基的實(shí)際承載強(qiáng)度的各種需求，但是因?yàn)槁坊斆娴幕貜椖Ｐ土肯鄬^低，無法滿足路面對于其路基的實(shí)際需求，對此在實(shí)踐中可以通過膨脹土路基的剛度對其進(jìn)行補(bǔ)償操作。這里所說的路基剛度補(bǔ)償就是基于膨脹土填筑的相關(guān)土基頂面中，通過應(yīng)用具有一定壓實(shí)性能,且壓實(shí)之后的回彈模量相對較高又具有一定的水穩(wěn)性能的非膨脹土對其填料操作，在實(shí)踐中可以通過各種碎石土等類別的材質(zhì)進(jìn)行上覆層的填筑。這樣可以提升路基頂面的實(shí)際回彈模量。

在實(shí)踐中，對膨脹土路基進(jìn)行剛度補(bǔ)償層鋪筑操作，并經(jīng)其看做為雙層彈性體系。在實(shí)踐中將其實(shí)際的剛度補(bǔ)償層中的回彈模量通過E1對其進(jìn)行表示，h表示其厚度，將其通過膨脹土進(jìn)行填筑的土基頂面的相關(guān)回彈模量通過E2對其進(jìn)行表示，在剛性承載板自身的垂直荷載等相關(guān)作用之下，通過雙層彈性理論對其進(jìn)行操作，進(jìn)而獲得其垂直變形的數(shù)據(jù)，并且通過L對其進(jìn)行表示。

同時，在實(shí)踐中將其鋪設(shè)的剛度補(bǔ)償層的相關(guān)膨脹土路基作為其彈性的半空間，將其頂面的回彈模量通過E0對其進(jìn)行表示，在實(shí)踐中基于剛性承載板自身的垂直荷載作用想象之下，可以通過彈性半空間理論對其表面的垂直位移進(jìn)行計(jì)算并且獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

1)在其氣候環(huán)境呈現(xiàn)濕熱的狀態(tài)時候，基于其最大密度為主要目標(biāo)設(shè)計(jì)的膨脹土路基的相關(guān)施工中對于含水率的控制普遍較低，在其運(yùn)營工作開展中其含水率會呈現(xiàn)升高的趨勢，進(jìn)而就會導(dǎo)致膨脹變形，實(shí)際的密度、剛度以及其自身的承載力等相關(guān)因素的下降，繼而致使路基出現(xiàn)變形破壞的狀況。

2)通過膨脹力以及有荷膨脹試驗(yàn)?zāi)Ｊ降拈_展，在實(shí)踐中可以在不同的上覆壓力、不同初始含水率的實(shí)際膨脹土膨脹狀況通過雙曲線函數(shù)的方式對其進(jìn)行表示，此種數(shù)學(xué)模式相對較為簡單，在工程應(yīng)用中開展較為容易。

3)相對傳統(tǒng)的方式來說，在實(shí)踐中通過最大加載承載的方式對其實(shí)際的路基施工的含水量進(jìn)行控制，其在浸水后的實(shí)際的承載力最大，其濕脹變形則相對較小，整體的水穩(wěn)性相對較好，是一種較為有效的控制含水率的設(shè)計(jì)模式與手段。

4)要想有效的保障膨脹土路基的自身剛度，在實(shí)踐中可以應(yīng)用路基剛度補(bǔ)償?shù)姆绞介_展工作，也就是在實(shí)踐中在其膨脹土路及頂部進(jìn)行剛度以及厚度非膨脹性填料的鋪設(shè)，進(jìn)而提升其整體的剛度要求。

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On roadbed deformation prediction of road expansive soil and its controlling methods

Qiu Xiaopei

(ShanxiNo.2RoadandBridgeEngineeringCo.,Ltd,Linfen041000,China)

The paper introduces the methods for the deformation calculation of the swelling of the expansive soil roadbed, analyzes the pre-estimation means for the water content of the self-balance of the expansive soil roadbed, and points out the measures for the stiffness compensation design of the expansive soil roadbed, so as to avoid the damages by the roadbed deformation.

roadbed, expansive soil, deformation calculation, water content, stiffness

1009-6825(2017)14-0152-02

2017-03-10

邱曉沛(1987- )，男

U416.1

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