斜坡软弱地基路堤加固效果初探

2023-10-03 理论教育版权反馈

【摘要】：而经系梁式桩网结构加固后，随着路基的逐层填筑，其安全系数逐渐增大，当填筑至第5层后，安全系数较高且相对保持稳定。此过程中，最小安全系数为Fs＝1.644，显然满足Fs≥1.45的规范要求，系梁式桩网结构加固对提高斜坡软弱地基路堤安全性方面效果显著。相比无处治措施，经系梁式桩网结构加固处治后，其路基顶面的最大沉降、差异沉降分别减小约88.7%、90.3%，系梁式桩网结构可显著削减斜坡软弱地基路堤的沉降及差异沉降。

6.7.2.1　稳定安全性

利用软件内嵌的剪切强度折减法，图6-49给出了无处治措施、系梁式桩网结构加固两种工况（即分别对应表6-10的工况1、2）下斜坡软弱地基路堤填筑完毕时的潜在滑动面形态。由图可见：无处治措施时，潜在滑动面基本呈现为沿斜坡软弱层与下卧刚硬层分界面发展的类圆弧状，分布范围较宽，包括了路基大部分以及反压护道整体，显然，此时的反压护道已基本丧失维持路基稳定的功能；而采取系梁式桩网结构加固后，潜在滑动面的形态发生本质变化，由原来的深层整体式滑动转变为仅反压护道外侧局部浅层滑动，系梁式桩网结构加固斜坡软弱地基后，路堤横向稳定性得以增强。

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图6-49　路基潜在滑动面

图6-50给出了无处治措施、系梁式桩网结构加固两种工况下斜坡软弱地基路堤填筑全过程稳定安全系数的变化趋势。由图可见：无处治措施时，随着路基的逐层填筑，稳定安全系数先增大后减小，曲线形态呈上凸单峰状；当填筑至第4层时，安全系数达到最大值Fs＝1.759；之后随着路基的继续填高，安全系数逐渐减小，当路基填筑完毕时，安全系数为Fs＝1.303，降低了约26%。事实上，当路堤填筑至第9层，未达设计填高时，稳定安全系数已不满足《铁路工程地基处理技术规程》（TB 10106—2010、J 1078—2010）中关于斜坡软弱地基路堤稳定安全系数Fs≥1.45的规定。这是由于反压护道填高为4 m，且反压护道与路基同步填筑，因此当路基填筑至4 m高时，整体安全系数达到最大，之后由于路基继续填高，荷载进一步增大，而斜坡软弱层的抗剪强度较低，反压护道不足以支撑新增路基的荷载，故安全系数持续降低。而经系梁式桩网结构加固后，随着路基的逐层填筑，其安全系数逐渐增大，当填筑至第5层后，安全系数较高且相对保持稳定。正是由于系梁式桩网结构中系梁和桩体的刚性连接，增强了纵横向稳定性，从而使得安全系数得以较大提高。此过程中，最小安全系数为Fs＝1.644，显然满足Fs≥1.45的规范要求，系梁式桩网结构加固对提高斜坡软弱地基路堤安全性方面效果显著。

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图6-50　两种工况稳定安全系数变化

6.7.2.2　土工格栅轴向拉力

图6-51给出了无处治措施、系梁式桩网结构加固两种工况下斜坡软弱地基路堤填筑完毕后土工格栅的轴向拉力分布（放大因子均取为0.4）。由图可见：无处治措施时，土工格栅的轴向拉力于路堤、反压护道部位出现两个较明显的峰值，但路堤中心部位对应处的峰值明显大于反压护道处，最大值约为Nmax＝71.89 kN/m；经系梁式桩网结构加固后，土工格栅轴向拉力最大值的位置发生了明显变化，基本都出现在反压护道下方的路基坡脚处，最大拉力约为Nmax＝38.37 kN/m，与无处治措施工况相比，减小了46.6%，且系梁加固区域内土工格栅的拉力几乎为零。这是因为无处治措施时，路基本体下方的斜坡软弱层产生较大程度的压缩变形，作为被动受力构件，土工格栅于路基中心对应处出现较大拉力；而采用系梁式桩网结构加固后，因系梁式桩网结构承受了路基填土大部分荷载作用，该区域内的斜坡软弱层土体压缩变形很小，土工格栅的张拉变形也相应较小，故其拉力很小，但是，在斜坡软弱地基加固区和非加固区的交界面处（即反压护道下方的路基坡脚处断面），在反压护道荷载的作用下，土体的变形发生较大突变，从而导致该处土工格栅出现峰值。实际工程中尚需考虑对反压护道下方斜坡软弱层进行必要的地基处理。

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图6-51　土工格栅拉力分布

6.7.2.3　竖向沉降

图6-52给出了两种工况下，路基顶面竖向位移沿路基宽度方向的分布趋势。由图可见：无处治措施时，其路基顶面沉降曲线呈“深勺形”分布，最大沉降为678.06 mm，差异沉降为667.99 mm；经系梁式桩网结构加固后，“勺形”分布幅度变浅，最大沉降为76.8 mm，差异沉降为64.79 mm。相比无处治措施，经系梁式桩网结构加固处治后，其路基顶面的最大沉降、差异沉降分别减小约88.7%、90.3%，系梁式桩网结构可显著削减斜坡软弱地基路堤的沉降及差异沉降。

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图6-52　沿路堤顶面的竖向沉降

6.7.2.4　侧向位移

图6-53给出了两种工况下，斜坡软弱地基在路堤下坡脚处同一b—b′断面沿深度的侧向位移变化曲线。由图可见：无处治措施时，该断面的侧向位移在斜坡软弱层内呈向外的“鼓肚状”分布，最大侧向位移约为518.77 mm，在下卧刚硬层范围内，其侧向位移很小；采用系梁式桩网结构加固后，该断面的侧向位移在斜坡软弱层范围内调整为略向内侧发展，在下卧刚硬层范围内，该断面侧向位移亦甚小，最大侧向位移显著减小，约为17.6 mm，比无处治措施时减小了约97%。这说明系梁式桩网结构限制斜坡软弱地基侧向变形效果甚佳。

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图6-53　侧向位移随深度变化曲线

斜坡软弱地基路堤加固效果初探

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