公路路基沉降计算及不均匀沉降对路面结构的影响

孙 瑞，彭 伟

湖南中大设计院有限公司，湖南 长沙 410075

1 工程概况

某山区公路全长24km，路线起讫桩号为K6+400～K30+400，建设标准为一级公路，双向四车道，设计速度为80km/h。公路沿线地势平坦，填土高度小于8m，填方坡率取1∶1.5，填料采用碎石土。地基土以强风化砂岩和中风化砂岩为主，其承载力满足路基填筑要求。根据勘察报告和现场试验，碎石土容重取20.5kN/m3、黏聚力取5kPa、内摩擦角取35°、弹性模量为40Mpa；强风化砂岩容重取22kN/m3、黏聚力取24kPa、内摩擦角为26°；中风化砂岩容重取24kN/m3、黏聚力取35kPa、内摩擦角为40°。

文章以某横断面为研究对象，分析公路改扩建路基的变形特性。该横断面老路基宽26m，现在要对老路进行双侧加宽建设，路基填筑平均高度为6m，加宽部分的边坡坡率与老路边坡相同，均为1∶1.5。路面结构层为沥青混凝土，厚74cm，路面结构组合为4cm上面层（AC-13）+6cm中面层（AC-16）+8cm下面层（AC-25）+36cm基层（水泥稳定碎石）+20cm底基层（级配碎石）。

2 基于有限元法的公路路基沉降计算

公路路基沉降总量=地基土沉降+路堤填料自身压缩，随着计算机技术的飞速发展，越来越多的公路改扩建路基差异沉降采用有限元分析法计算。拟选择有限元软件ANSYS15.0建立计算模型，计算不同加宽宽度下公路路基的沉降特性。

2.1 路基沉降计算理论

ANSYS软件分析公路路基是基于Druker-Prager模型，该模型在模拟路堤填土力学变形所需的参数上容易测定，同时可以考虑填土的抗压强度，还能够弥补摩尔-库仑准则导数在节点处不连续的缺陷。D-P准则屈服时与破坏面函数如下：

式中：α、k为屈服材料常数；……