一种软土路基弯沉盆形状的预测方法.pdf

本发明公开了一种软土路基弯沉盆形状的预测方法，包括以下步骤：步骤1)将路堤断面的梯形根据面积相等的原则等效成矩形；步骤2)以路中为对称轴，在路中一侧将路堤下方的路基等分成a段，在路堤坡脚外侧再划出相同长度的a段；其中，O为路中轴和路基的交点，P1、P2、P3、…、P2a为路基等分点；步骤3、4)分别计算O、P1、P2、P3、…、P2a点位置处的竖向附加应力σzi和地基沉降量Si；步骤5)以O点为坐标原点、路中轴为y轴、地基表面为x轴绘制坐标系，在坐标系中绘制出对应地基表面的不同点的地基沉降量Si。本发明提供一种可以确定出路基弯沉盆的形状的预测方法，进而对路堤填土和路面进行合理的设计，具有使用方便、效率较高的优点。

1.一种软土路基弯沉盆形状的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将路堤断面的梯形根据面积相等的原则等效成矩形，确定等效后的路堤宽度b，
$b=\frac{1}{2}(b_1+b_2)$
式中，b₁为路堤顶面宽度，b₂为路堤底面宽度；
步骤2)以路中轴为对称轴，在路中轴一侧将路堤下方的路基表面等分成a段，a≥5，在
路堤坡脚外侧再划出相同长度的a段，每等分段的长度为b/2a；其中，O为路中轴和路基的交
点，P₁、P₂、P₃、…、P_2a为路基等分点；
步骤3)分别计算路基表面各点O、P₁、P₂、P₃、…、P_2a位置处的竖向附加应力σ_zi，
${\mathrm{\σ}}_{zi}=\frac{p}{\mathrm{\π}}\[\arctan \frac{1-2n_i}{2m}+\arctan \frac{1+2n_i}{2m}-\frac{4m(4{n_i}^2-4m^2-1)}{{(4{n_i}^2-4m^2-1)}^2+16m^2}\]$
式中，σ_zi为i点处的竖向附加应力，i＝O、P₁、P₂、P₃、…、P_2a；p为路堤填土荷载，其中，p＝
γD，γ为路堤填土重度，D为路堤填土高度；ni＝x_i/b，x_i为i点至O点的距离；m＝z/b，z为地
基深度；
步骤4)分别计算路基表面各点O、P₁、P₂、P₃、…、P₁₀位置处的地基沉降量S_i，
$s_i=\mathrm{\Σ}\frac{{\∫}_{ju}^{jv}{\mathrm{\σ}}_{si}dz}{E_{sj}}$
式中，j为从地基表面起算的土层编号，ju和jv分别为第j土层的上边界和下边界离路
基表面的深度；E_sj为各层土体的压缩模量；
步骤5)以O点为坐标原点、路中轴为y轴、路基表面为x轴绘制坐标系，在坐标系中绘制
出对应路基表面各点的地基沉降量S_i，用样条曲线将各点的地基沉降量S_i进行连线，形成的
曲线以y轴为对称轴，绘制对称曲线，两条曲线的连线为弯沉盆形状。

一种软土路基弯沉盆形状的预测方法

技术领域

本发明涉及道路检测领域，尤其涉及一种软土路基弯沉盆形状的预测方法。

背景技术

在软土地基上修建路堤时，最为常见的问题之一是在地基横断面上形成弯沉盆，
即路中对应的地基沉降量最大，越向两侧沉降量越小，足够远处时，沉降量为零，进而形成
了马鞍形的弯沉盆。由于软土地基的长期固结，弯沉盆的最终形状需要一定时间才能完成。
弯沉盆的形状对于确定路堤填筑和路面铺设的横断面形状至关重要，如在路堤填筑时，必
须考虑到弯沉盆的形状，路中部分填筑的高程比路肩部分要高。目前，对于路基弯沉盆形状
的确定，一般是在现场利用沉降观测设备观测路中、路肩和坡脚等几个位置的沉降量，结合
最终沉降量预测模型，如指数模型、双曲线模型和灰色理论模型等计算出不同位置的沉降
量，然后绘制出弯沉盆的最终形状。这些现场实测的方法耗时耗力，效率普遍较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以预测软土路基弯沉盆形状的方法，通过该方法，可
以预测出路基弯沉盆的形状，进而对路堤填土和路面进行合理的设计，具有使用方便、效率
较高的优点。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种软土路基弯沉盆形状的预测方
法，包括以下步骤：

步骤1)将路堤断面的梯形根据面积相等的原则等效成矩形，确定等效后的路堤宽
度b，

式中，b₁为路堤顶面宽度，b₂为路堤底面宽度；

步骤2)以路中轴为对称轴，在路中轴一侧将路堤下方的路基表面等分成a段，a≥
5，在路堤坡脚外侧再划出相同长度的a段，每等分段的长度为b/2a；其中，O为路中轴和路基
的交点，P₁、P₂、P₃、…、P_2a为路基等分点；

步骤3)分别计算路基表面各点O、P₁、P₂、P₃、…、P_2a位置处的竖向附加应力σ_zi，

式中，σ_zi为i点处的竖向附加应力，i＝O、P₁、P₂、P₃、…、P_2a；p为路堤填土荷载，其
中，p＝γD，γ为路堤填土重度，D为路堤填土高度；ni＝x_i/b，x_i为i点至O点的距离；m＝z/b，
z为地基深度；

步骤4)分别计算路基表面各点O、P₁、P₂、P₃、…、P₁₀位置处的地基沉降量S_i，

式中，j为从地基表面起算的土层编号，ju和jv分别为第j土层的上边界和下边界
离路基表面的深度；E_sj为各层土体的压缩模量；

步骤5)以O点为坐标原点、路中轴为y轴、路基表面为x轴绘制坐标系，在坐标系中
绘制出对应路基表面各点的地基沉降量S_i，用样条曲线将各点的地基沉降量S_i进行连线，形
成的曲线以y轴为对称轴，绘制对称曲线，两条曲线的连线为弯沉盆形状。

本发明的有益效果是：本发明可以在道路施工前期预测出路基弯沉盆的形状，进
而对路堤填土和路面进行合理的设计，具有使用方便、效率较高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

某道路为城市一级快速路，其中约500m长度的路基穿越海相沉积的软土地基，A位
置处的软土层厚达8.7m，下部为全风化花岗岩，地下水位为0.5m，路堤设计填土高度为
2.5m。经室内土工试验，测得软土的压缩模量为2.4MPa，全风化花岗岩的压缩性较低，故其
压缩量不计入沉降量。路堤顶部宽度为50m，底部宽度为55m，填土重度为19.0kN/m3。

如图1所示，本实施例中，以路中为对称轴将路基划分区间，在路中一侧将路堤下
方的路基等分成五段，在路堤坡脚外侧再划出相同长度的五段，其中，O为路中轴和路基的
交点，P₁、P₂、P₃、…、P₁₀为各等分点；

计算的各点沉降量为，S_PO＝172mm，S_P1＝171mm，S_P2＝170mm，S_P3＝169mm，S_P4＝
159mm，S_P5＝86mm，S_P6＝12mm，S_P7＝3mm，S_P8＝1mm，S_P9＝0.5mm，S_P10＝0。

以O点为坐标原点、路中轴为y轴、地基表面为x轴绘制坐标系，在坐标系中绘制出
对应地基表面的不同点的地基沉降量Si，用样条曲线将各点的地基沉降量Si进行连线，形
成的曲线以路中轴向为对称轴，绘制对称曲线，两条曲线的连线为弯沉盆形状。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明
中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本发明的范围。