交通荷载作用下石灰改良高液限土填筑路基效果分析

1  计算模型及工况

1.1  计算参数

项目区域高液限土用石灰进行改良，分别掺以4%、6%、8%、10%的石灰，由室内试验优选可知：当掺8%的石灰时，高液限土改良效果最佳。由实际地勘资料以及式样土的各项实验研究结果得到模型的计算参数，见表1所示。

                                                           表1  计算模型参数

1.2  计算工况

根据现场勘探情况及实际的具体施工方案，本文主要对交通荷载作用下改良前后高液限土路基的竖向、横向位移以及内力进行分析。计算工况见表2所示。

                                                             表2  计算工况

1.3  模型的建立

                                                         图1  计算模型

1.4  交通荷载

本项目所用汽车荷载模型表达式如下式所示，荷载与时间关系如图2所示。：

式中，P0为车轮静载；P为振动荷载幅值；w为振动圆频率。

                                               图2  车辆荷载与时间的关系

1.5  测点布置

在各工况沿公路竖向每2m设置一个监测断面，并在监测断面内沿横向共布置5个监测点。提取在交通荷载作用下，路基各个位置的位移、内力值等进行承载效果分析。测点布置如图3所示。

                                       图3  测点布置图

2  计算结果及分析

2.1  交通荷载作用下高液限土路基的纵向位移分析

交通荷载作用下高液限土改良前后路基竖向位移如图4-5所示。分别提取改良前后高液限土路基模型最大沉降量，计算出高液限土路基的改良效果见表3所示。

图4  改良前路基竖向位移云图

                                          图5  改良后路基竖向位移云图

                                                   表3  最大弯沉值

由图6-7可知，在交通荷载作用下，路基采用改良高液限土时，改良效果较明显，最大弯沉值随着路基填筑高度的增加而增加。路基采用原高液限土时最大弯沉值为1.33mm，路基采用改良高液限土时最大弯沉值为0.29mm，弯沉值较改良前减小78.20%，计算结果见表3所示。

分别提取出路面和路基各监测点竖向位移数据，如图5和图6所示。计算出路基改良效果，见表4所示。

                                                                                                     图6  路面竖向位移变化图

                                                                                                       图7  路基竖向位移变化图

                                                                                                               表4  竖向位移值

由图6可知，改良前后高液限土路基在交通荷载作用下，路面竖向位移趋势基本一致，最大竖向位移均发生在道路中间部位。改良前后最大竖向位移分别为1.11mm和0.25mm，路基采用改良高液限土后路面最大竖向位移减小了77.48%。

由图7可知，在交通荷载作用下，改良前后高液限土路基的沉降随着路基填筑高度的增加而增加，路基竖向位移最大值处都发生在路基顶部，分别为1.11mm、0.24mm，采用改良高液限土后，路基竖向位移最大值较改良前减小了78.38%；其中在测点3处的竖向位移改良效果最优，改良效果为78.79%。

2.2  交通荷载作用下高液限土路基的横向位移分析

改良前后的高液限土路基在交通荷载作用下的横向位移如图8所示，其改良效果见表5所示。

                                                                                                    图8  路面横向位移变化图

                                                                                                         表5  最大横向位移值

由表5可知，在交通荷载作用下，路基采用原高液限土时路面最大横向位移分别为0.00476mm，路基采用改良高液限土时路面最大横向位移为0.00262mm，横向位移减小44.96%。

2.3  交通荷载作用下高液限土路基的内力分析

改良前后高液限土路基在交通荷载作用下的最大主应力云图如图9-10所示。分别提取两个工况下的主应力最大值，并计算高液限土路基的改良效果。

                                                                                                  图9  改良前路基最大主应力云图

                                                                                                 图10  改良后路基最大主应力云图  

                                                                                                         表6  最大主应力值

由图9-10可知，在交通荷载作用下，主应力等值线分布总体来说较为均匀，最大主应力随着路基高度的增大而增大，改良前后高液限土路基的最大主应力分别为1.07MPa、0.4MPa，路基采用改良高液限土后最大主应力减小了62.62%，见表7所示。

3  结论

（1）改良后高液限土路基的横向、纵向沉降得到显著控制，且路基主应力得到明显改善，故改良高液限土方法能提高路基稳定性。

（2）改良前后高液限土路基在交通荷载作用下，路面沉降趋势基本一致，最大沉降量均发生在道路中间部位，分别为1.11mm和0.25mm，说明在道路中间部位容易产生裂缝，造成道路病害，应定期检查维护。

（3）改良前后高液限土路基的沉降随着路基高度的增加而增加，竖向位移最大值处均在路基顶部，分别为1.11mm、0.24mm，说明高液限土路基顶部稳定性最差，应作加固处理。