斜坡软弱地基路堤力学行为及工程对策研究

2023-10-03 理论教育版权反馈

【摘要】：以上所开展的地基变形耦合关系分析，对斜坡软弱地基路堤工程对策选择具有指导意义。

以上所开展的地基变形耦合关系分析，对斜坡软弱地基路堤工程对策选择具有指导意义。反映到实际工程中即为：对于普通水平地基，基本上可放松路堤填筑速率的要求；对于普通斜坡地基，应适当注意控制地基侧向变形，当地面横坡很陡时，更应如此；对于水平软弱地基，在填筑初期，可适当放松侧向变形控制，但在填筑后期，应高度重视侧向变形的快速增加；对于斜坡软弱地基，填筑初期，应以沉降控制为主，填筑后期，则应以控制地基侧向变形为核心目标，即地基土体在产生竖向压密的同时产生侧向变形，而侧向变形可能引起竖向沉降的进一步加剧，可采取地基内实施打入桩与下坡脚处抗滑桩侧向约束等联合处治措施。

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图4-29　4种工况下离心模型试验位移响应

注：因结构对称，水平软弱地基下坡脚处地基剖面最大侧向变形为左右坡脚处地基剖面侧向变形绝对值的平均值。

下面进一步通过试验验证上述分析的正确性。根据文献[9，10，17]所开展的土工离心模型试验成果，图4-29给出了水平软弱地基路堤、1∶10斜坡软弱地基路堤、打入桩加固的1∶10斜坡软弱地基路堤和抗滑桩加固的1∶10斜坡软弱地基路堤4种工况下，下坡脚处地基剖面最大侧向变形Uxmax、地基顶面最大竖向沉降Uymax及相应的地基变形系数K的比较（位移响应已按照模型率换算为原型）。需要说明的是，限于试验条件，未真实模拟路堤水平分层分步建造，仅获得了填筑完毕，即离心试验结束时的位移响应，且均为桩间土截面。按照模型率80，对应原型路堤高8 m（斜坡软弱地基路堤中心线高7.88 m），斜坡软弱层厚6 m，打入桩截面尺寸为0.40 m×0.40 m、长6.5 m、梅花形布置、桩距2 m，抗滑桩截面尺寸为1.5 m×2.5 m、桩长20 m、桩距6 m。

分析图4-29，可知：水平软弱地基最大侧向变形、最大竖向沉降的绝对值均较小，而斜坡软弱地基最大侧向变形、最大竖向沉降的绝对值明显大于水平软弱地基；水平软弱地基的变形系数K为0.33，而斜坡软弱地基的变形系数K高达2.00，是水平软弱地基的6.06倍，这充分说明水平软弱地基主要表现为地基竖向压密沉降，侧向变形大致为竖向沉降的1/3，而斜坡软弱地基侧向变形已占据绝对主导，是竖向沉降的2倍；就工程对策而言，打入桩或抗滑桩加固均可一定程度减小地基的侧向变形与竖向沉降，且从变形绝对值减小效果来看，打入桩强于抗滑桩，但打入桩、抗滑桩分别导致斜坡软弱地基变形系数降低约28.5%、32%，说明抗滑桩抵抗地基侧向变形的能力略优越于打入桩。

图4-30进一步给出了根据文献[9，10，17]所开展的土工离心模型试验成果所绘制的4种工况路堤荷载作用范围内斜坡软弱层的水平位移、竖向位移的分布等值线图（均已按照模型率换算为原型）。由图可见，因横断面对称性丧失，与水平软弱地基不同，斜坡软弱地基位移明显向下坡脚方向倾斜、集中。打入桩、抗滑桩加固均能约束斜坡软弱地基位移，但两者的加固机理存在差异：打入桩加固后成为复合地基，土体的强度与模量提高，从而在路堤荷载作用下地基的侧向变形与竖向沉降均减小，稳定性提高；而抗滑桩是一种大截面侧向受荷桩，作为被动约束，加固对防止地基产生横向剪切破坏效果显著，对桩前及桩周有限范围内土体的水平位移有一定约束作用，但对于地基沉降变形，尤其是路堤中心附近的地基沉降的约束效果有限。

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