公路地基承載力評價地理信息系統(tǒng)

0 引言

建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計時，建筑物的地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)在荷載作用下是相互作用、彼此影響和相互制約的統(tǒng)一整體，地基承載力分析時要結(jié)合上部構(gòu)筑物和基礎(chǔ)的特點(diǎn)來確定。公路工程的上部構(gòu)筑物包括路基、橋梁和涵洞等多種結(jié)構(gòu)類型，基礎(chǔ)形式也差異較大。而我國現(xiàn)行的 《公路路基設(shè)計規(guī)范》( JTG D30—2004) ［1］中，沒有涉及公路路基地基承載力的評價方法和要求; 《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》 ( JTG D63—2007) ［2］中涵洞地基承載力分析時，也沒有針對涵洞地基的 “涵土結(jié)構(gòu)”特征和剛?cè)峤Y(jié)合的基礎(chǔ)形式。公路建設(shè)中出現(xiàn)了許多由于地基承載力無法準(zhǔn)確有效評價導(dǎo)致的多種病害，嚴(yán)重制約了公路建設(shè)的速度和質(zhì)量。

為此，本文分析探討公路路基和橋涵地基的承載特性和評價方法，并提出相應(yīng)的公路工程地基承載力分類體系。此外，考慮到我國地域遼闊、土類多樣，不同土質(zhì)、不同區(qū)域的地基土具有不同的承載力。為了充分利用建筑、公路等行業(yè)已有的資料信息，并將公路地基承載力的研究成果系統(tǒng)化和集成化，筆者在 GIS 技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合公路路基和橋涵地基承載力的研究成果，構(gòu)建了基于 GIS 的公路工程地基承載力評價系統(tǒng)，為公路工程設(shè)計和施工中的地基承載力評價和地基處理措施的選取提供決策的依據(jù)。

1 公路工程地基承載力的評價技術(shù)

1. 1 公路路基地基承載力

公路路基地基與建筑地基相比，上部構(gòu)筑物的荷載特性和變形要求有所不同，體現(xiàn)在以下 3 個方面 ( 圖 1) : ( 1) 公路填土路基的荷載分布形式為梯形，建筑物為均布荷載; ( 2) 公路路基柔性較大，可相當(dāng)于柔性基礎(chǔ)，建筑基礎(chǔ)剛度很大，可視為剛性基礎(chǔ)［3］; ( 3) 路堤分層填筑過程中會逐層填補(bǔ)上一壓實(shí)層的部分沉降，從而在一定程度上減小了路基頂面的總變形，建筑物為剛性結(jié)構(gòu)，其自身不發(fā)生變形。

因此，公路路基和建筑物地基、基礎(chǔ)的工作模式有所不同，將建筑地基承載力的確定方法直接應(yīng)用到公路路基地基承載力評價有不妥之處。地基承載力特征值涵義即為在 ( 保證上部結(jié)構(gòu)) 發(fā)揮正常使用功能時 ( 地基) 所允許采用的抗力設(shè)計值［4］，而公路路基的地基由于很難達(dá)到極限破壞，公路地基承載力特征值不能按極限承載力進(jìn)行取值，只能根據(jù)土的應(yīng)力變形特性和路基的正常使用要求綜合確定。為此，公路路基地基承載力確定時，需要根據(jù)剛性荷載地基和公路路基地基的應(yīng)力變形特性，結(jié)合公路路基和建筑物地基容許的最大相對變形，在建筑地基承載力特征值的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行相對變形修正后得到。

筆者通過文獻(xiàn) ［5］ 的研究表明，在相同的基底平均應(yīng)力作用下，公路路基基底中心點(diǎn)相對沉降 s /B比剛性條形基礎(chǔ)大。此外，根據(jù) 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 ( JTG B01—2003) ［6］中各級公路路基寬度的規(guī)定、軟土地基的沉降標(biāo)準(zhǔn)以及路基總沉降與路基工后沉降的關(guān)系等因素綜合考慮，確定了公路路基地基容許的相對變形 s /B 為 0. 023 ( 高速、一級公路)和 0. 036 ( 二級公路) 。而建筑地基承載力特征值確定時，更重視滿足建筑物使用功能的要求，地基承載力特征值多取 p － s /B 曲線上比例界限點(diǎn)所對應(yīng)的荷載，最多達(dá)到 0. 010 ～ 0. 015。因此，確定建筑地基承載力特征值是載荷試驗(yàn)得到的 p － s /B 曲線上相對變形值 s /B = 0. 012 所對應(yīng)的荷載。

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