（昌吉公路管理局奇臺(tái)分局，新疆 昌吉 831100）

責(zé)任編輯/孫譽(yù)菡 美術(shù)編輯/王德本

新疆山區(qū)地形復(fù)雜多樣，公路路基多為半填半挖式結(jié)構(gòu)。大量工程實(shí)踐表明，半填半挖式路基的路段，在施工后未及時(shí)得到合理養(yǎng)護(hù)和控制管理的情況下，由于路面結(jié)構(gòu)彎曲對(duì)路基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而使路面結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)早期結(jié)構(gòu)性損傷和破壞。針對(duì)該問題，已有的路基修筑規(guī)范給出了一些建議性措施，但沒有給出需要控制路基的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。要解決該系列問題，重點(diǎn)在于提出能夠正確反映沉降對(duì)路面結(jié)構(gòu)影響程度的指標(biāo)。

一、山區(qū)公路沉降分析模型

分析道路發(fā)生不均勻沉降后路面結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，第一步是研究路基內(nèi)不均勻沉降的分布規(guī)律。使用傳統(tǒng)的“沉降-時(shí)間”曲線預(yù)測(cè)工后沉降，并不能如實(shí)反映路基不均勻沉降的發(fā)育情況。在目前研究中，廣泛采用的計(jì)算方法是以考慮時(shí)間效應(yīng)的巖土本構(gòu)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算研究，該本構(gòu)模型基于比奧固結(jié)理論的計(jì)算方式開展，需忽略自重作用下的路基變形，主要用于平原地區(qū)而不適用于山區(qū)路基，二者區(qū)別明顯。

二、半填半挖式路基沉降控制指標(biāo)

路基工后不均勻沉降會(huì)直接造成路面結(jié)構(gòu)的變形。在以往研究中，通常將施工完成后的工后沉降曲線假設(shè)為拋物線，如圖1所示。

圖1 半填半挖式路基施工完成后沉降曲線

影響路基沉降的因素包括路基填料的性質(zhì)，施工的質(zhì)量、工藝、管理水平，以及半填半挖式路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過大量研究證明，工后沉降的沉降曲線是在后續(xù)荷載作用下，路基蠕變累積效應(yīng)產(chǎn)生的。若曲線形狀為勺形，意味著路基的蠕變?cè)谡w填筑路面前已得到很好的發(fā)育，在路基蠕變已得到充分變形的基礎(chǔ)上，路面結(jié)構(gòu)層不會(huì)因工后沉降產(chǎn)生破壞變形。若曲線形狀表現(xiàn)為S形，是由于路面鋪填之前蠕變未發(fā)育完全造成的，此時(shí)，半填半挖式路基沉降需采用更合理的措施加以控制。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)半填半挖式路基的沉降分布展開進(jìn)一步探究。以S形的拐點(diǎn)為分水嶺，拐點(diǎn)兩側(cè)的曲線均視為拋物線，因此在擬合研究室開展分段研究更加合理?；诖?，以半填半挖式路基的結(jié)合部位為分界點(diǎn)。曲線方程如公式（1）所示：

三、不均勻沉降指標(biāo)選取分析

在評(píng)價(jià)路基不均勻沉降時(shí)，通常會(huì)采用控制性指標(biāo)對(duì)坡度變化量和差異沉降量展開分析。山區(qū)半填半挖式路基的沉降變形，通常被認(rèn)為同時(shí)包括了彈性和塑性變形的綜合過程，尤其山區(qū)公路填料較破碎，土體在一般應(yīng)力情況下就可能發(fā)生屈服，且應(yīng)力應(yīng)變曲線是非線性關(guān)系，可以采用非線彈性模型（KG模型）分析。土體的總應(yīng)變?nèi)绻剑?）所示：

使用模擬計(jì)算的方法分析坡度變化量和差異沉降兩個(gè)指標(biāo)，路面結(jié)構(gòu)層的計(jì)算參數(shù)如表1所示，計(jì)算模型示意圖如圖2所示。

表1 模型計(jì)算材料參數(shù)

表1 模型計(jì)算材料參數(shù)

圖2 附加應(yīng)力計(jì)算模型示意圖

通過分析不同曲線形式沉降對(duì)應(yīng)指標(biāo)之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，面層頂面的拉應(yīng)力附加應(yīng)力最大。經(jīng)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，差異沉降量與彎拉應(yīng)力之間的關(guān)系如圖3所示。當(dāng)差異沉降達(dá)到5m時(shí)，差異沉降量與彎拉應(yīng)力之間存在明顯的線性關(guān)系，因此使用彎拉應(yīng)力作為反映差異沉降的指標(biāo)合理。

圖3 拉應(yīng)力與差異沉降關(guān)系圖

四、算例分析

以新疆某山區(qū)高速公路為例分析半填半挖式路基差異沉降，路面結(jié)構(gòu)材料相關(guān)計(jì)算參數(shù)如表2所示。該區(qū)段半填半挖式路基的邊坡坡度比為1：1，填方部分路基寬度為12.5，填方路基填筑高度為4m～8m，路基總寬度達(dá)25m。在填方開始前，需破碎平整山坡基巖，將破碎帶額基巖運(yùn)用到填方部分的路基填筑；挖方部分則直接開挖，將底部的基巖作為路基使用?？紤]到重力對(duì)早期地基變形的影響，需先對(duì)地基進(jìn)行地應(yīng)力平衡處理，同時(shí)將重力作用下的地基應(yīng)力場(chǎng)作為后續(xù)計(jì)算的初始應(yīng)力場(chǎng)。為便于分析計(jì)算，該模擬對(duì)模型進(jìn)行了假定：

1.將該模擬簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變，忽略沿道路方向的應(yīng)變；

2.將路堤各層及地基各層材料均視為連續(xù)均勻介質(zhì)；

3.該模擬僅考慮重力荷載作用下路堤的變形及應(yīng)力分布，以及公路投入運(yùn)營(yíng)后的汽車荷載，不考慮地震等因素造成的振動(dòng)；

4.各層地基底面均簡(jiǎn)化為水平面。

使用FLAC3D數(shù)值模擬軟件計(jì)算模型，模擬山區(qū)公路在硬質(zhì)荷載作用下，面層各個(gè)部分的頂部應(yīng)力分布情況，通過計(jì)算得到路面材料頂面的拉應(yīng)力如表3所示。

表2 新疆某高速公路路面材料參數(shù)

表2 新疆某高速公路路面材料參數(shù)

表3 路面材料頂面拉應(yīng)力匯總表

表3 路面材料頂面拉應(yīng)力匯總表

五、結(jié)語

本文以新疆某高速公路為例，通過計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)該路段設(shè)計(jì)完全符合附加拉應(yīng)力限度要求，投入使用后未發(fā)現(xiàn)路面開裂等情況，側(cè)面驗(yàn)證了以路面頂部附加拉應(yīng)力來衡量山區(qū)半填半挖式路基適用性能的合理性。