半填半挖路基差異沉降：形成機制、影響因素與控制策略一、引言1.1研究背景與意義隨著我國交通基礎(chǔ)設施建設的快速發(fā)展，道路建設逐漸向地形復雜的山區(qū)、丘陵地帶延伸。在這些區(qū)域進行道路建設時，半填半挖路基作為一種常見的路基形式被廣泛應用。半填半挖路基是指在一定的區(qū)段內(nèi)，同時進行填方和挖方作業(yè)，將兩者相結(jié)合以實現(xiàn)土地平整和道路修筑的目的。這種路基形式充分利用了地形條件，在減少土石方工程量、降低工程成本的同時，還能更好地適應復雜地形，減少對周邊環(huán)境的破壞。然而，半填半挖路基由于其自身結(jié)構(gòu)特點，一側(cè)為原狀路基，另一側(cè)為新填路基，交界面兩側(cè)土體的物理力學性質(zhì)存在顯著差異。原狀路基經(jīng)過長時間的自然壓實和固結(jié)，土體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；而新填路基在填筑過程中，土體的壓實度、含水量等因素難以與原狀路基完全一致，且新填路基的沉降需要一定時間才能完成，這就導致了半填半挖路基在施工過程和運營期間極易出現(xiàn)差異沉降問題。差異沉降問題會給道路工程帶來諸多危害。在施工階段，過大的差異沉降可能導致路基失穩(wěn)，引發(fā)滑坡、坍塌等地質(zhì)災害，嚴重威脅施工人員的生命安全，延誤工期，增加工程成本。在道路運營階段，差異沉降會使路面出現(xiàn)裂縫、坑洼、錯臺等病害，影響路面的平整度和行車舒適性。車輛在行駛過程中，由于路面不平整，會產(chǎn)生顛簸和振動，不僅增加了車輛的磨損和能耗，還降低了行車速度，增加了交通事故的發(fā)生概率，對道路的正常運營和交通安全構(gòu)成嚴重威脅。此外，路面病害的出現(xiàn)還會加速路面結(jié)構(gòu)的損壞，縮短道路的使用壽命，增加道路的養(yǎng)護成本。以某山區(qū)高速公路為例，在建成通車后的幾年內(nèi)，部分半填半挖路段出現(xiàn)了明顯的差異沉降，路面出現(xiàn)了大量縱向裂縫和橫向裂縫，部分路段甚至出現(xiàn)了錯臺現(xiàn)象。經(jīng)檢測，差異沉降最大值達到了5cm以上，嚴重影響了行車安全和舒適性。為了修復這些病害，不得不投入大量的人力、物力和財力進行路面維修和加固，給道路運營管理帶來了極大的困擾。由此可見，半填半挖路基差異沉降問題已成為道路建設中亟待解決的關(guān)鍵問題。深入研究半填半挖路基差異沉降的形成機理、影響因素及控制措施，對于保證道路工程的安全性、提高道路工程建設的質(zhì)量和效率、延長道路的使用壽命具有重要的現(xiàn)實意義。通過對差異沉降問題的研究，可以為半填半挖路基的設計、施工和養(yǎng)護提供科學依據(jù)，優(yōu)化路基結(jié)構(gòu)設計，改進施工工藝，采取有效的加固和防治措施，從而減小差異沉降，提高路基的穩(wěn)定性和路面的平整度，確保道路的安全暢通，促進交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀半填半挖路基差異沉降問題一直是道路工程領(lǐng)域的研究熱點，國內(nèi)外眾多學者從不同角度開展了深入研究，并取得了豐碩的成果。在國外，早期的研究主要集中在路基沉降的基本理論和計算方法上。Terzaghi在1925年提出了飽和土體一維固結(jié)理論，為后續(xù)的路基沉降計算奠定了理論基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法的發(fā)展，有限元法、有限差分法等數(shù)值方法逐漸被應用于半填半挖路基差異沉降的研究中。例如，一些學者利用有限元軟件對不同路基結(jié)構(gòu)、材料特性和荷載條件下的半填半挖路基進行模擬分析，研究其沉降變形規(guī)律和力學特性。在材料應用方面，土工合成材料如土工格柵、土工格室等在半填半挖路基中的應用研究也較為廣泛，通過試驗和數(shù)值模擬分析其對減少差異沉降和增強路基整體性的作用效果。國內(nèi)對于半填半挖路基差異沉降的研究起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。在理論研究方面，學者們結(jié)合我國的工程實際情況，對路基沉降理論進行了深入探討和完善，考慮了土體的非線性特性、應力歷史、排水條件等因素對沉降的影響。在試驗研究方面，開展了大量的室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測。室內(nèi)模型試驗通過模擬不同的路基條件和施工過程，研究差異沉降的產(chǎn)生機制和影響因素；現(xiàn)場監(jiān)測則直接獲取實際工程中路基的沉降數(shù)據(jù)，為理論研究和數(shù)值模擬提供了驗證依據(jù)。例如，通過在某山區(qū)高速公路半填半挖路段埋設沉降觀測儀器，長期監(jiān)測路基的沉降變化，分析了不同季節(jié)、不同施工階段路基差異沉降的發(fā)展規(guī)律。在工程應用方面，針對半填半挖路基差異沉降問題，提出了一系列有效的處理措施和技術(shù)，如合理的路基設計、基底處理、填方材料選擇、土工合成材料加筋、設置過渡段等，并在實際工程中得到了廣泛應用。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。一方面，雖然對路基差異沉降的形成機理和影響因素有了一定的認識，但在復雜地質(zhì)條件和多因素耦合作用下，其沉降機理尚未完全明確，還需要進一步深入研究。例如，在高海拔、強降雨等特殊環(huán)境下，半填半挖路基的水分運移規(guī)律及其對差異沉降的影響機制研究還不夠系統(tǒng)。另一方面，現(xiàn)有的數(shù)值模擬方法雖然能夠?qū)β坊两颠M行一定程度的預測，但由于土體本構(gòu)模型的局限性和參數(shù)選取的不確定性，模擬結(jié)果與實際情況仍存在一定偏差，需要進一步改進和完善。此外，目前對于半填半挖路基差異沉降的控制標準和評價方法尚未形成統(tǒng)一的體系，不同地區(qū)和工程的應用存在差異，不利于工程的規(guī)范化設計和施工。本文正是基于上述研究現(xiàn)狀，以某山區(qū)半填半挖路基工程為背景，綜合運用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等方法，深入研究半填半挖路基差異沉降的形成機理、影響因素及控制措施，旨在進一步完善半填半挖路基差異沉降的理論和技術(shù)體系，為實際工程提供更科學、更有效的指導。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容半填半挖路基差異沉降的形成原因分析：深入剖析半填半挖路基差異沉降產(chǎn)生的內(nèi)在機理，從地質(zhì)條件、路基結(jié)構(gòu)、施工工藝、材料特性等多個方面入手，分析各因素如何相互作用導致差異沉降的出現(xiàn)。例如，研究不同地質(zhì)條件下，原狀土和填方土的物理力學性質(zhì)差異，以及這種差異對路基沉降的影響；探討路基結(jié)構(gòu)設計的合理性，如填方高度、挖方深度、邊坡坡度等參數(shù)對差異沉降的影響規(guī)律。半填半挖路基差異沉降的影響因素研究：全面分析影響半填半挖路基差異沉降的各種因素，包括自然因素和人為因素。自然因素涵蓋地形地貌、氣候條件（降雨、蒸發(fā)、溫度變化等）、地下水位變化等；人為因素涉及施工過程中的壓實度控制、填方材料的選擇與配比、施工順序和方法、地基處理措施等。通過對這些因素的研究，明確各因素對差異沉降的影響程度和作用方式，為后續(xù)的控制措施提供依據(jù)。半填半挖路基差異沉降的分析方法研究：綜合運用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等多種方法，對半填半挖路基差異沉降進行分析。在理論分析方面，運用土力學、材料力學等相關(guān)理論，建立半填半挖路基差異沉降的計算模型，推導沉降計算公式，為沉降預測提供理論基礎(chǔ)。在數(shù)值模擬方面，采用有限元軟件如ANSYS、ABAQUS等，建立半填半挖路基的三維數(shù)值模型，模擬不同工況下路基的應力應變狀態(tài)和沉降變形規(guī)律，分析各因素對差異沉降的影響。在現(xiàn)場監(jiān)測方面，在實際工程中選擇典型的半填半挖路段，埋設沉降觀測儀器，如沉降板、測斜管等，定期進行沉降觀測，獲取真實的沉降數(shù)據(jù)，用于驗證理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果。半填半挖路基差異沉降的防治措施研究：根據(jù)差異沉降的形成原因和影響因素，針對性地提出有效的防治措施。從設計優(yōu)化角度，合理設計路基結(jié)構(gòu)，選擇合適的填方材料和地基處理方法，設置有效的排水系統(tǒng)和土工合成材料加筋等；從施工控制角度，嚴格控制施工過程中的壓實度、含水量等參數(shù)，遵循合理的施工順序和方法，加強施工質(zhì)量檢測和監(jiān)督；從運營維護角度，建立長期的沉降監(jiān)測機制，及時發(fā)現(xiàn)和處理路基病害，采取有效的加固和修復措施。1.3.2研究方法文獻研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于半填半挖路基差異沉降的相關(guān)文獻資料，包括學術(shù)論文、研究報告、工程案例等，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結(jié)前人的研究成果和經(jīng)驗教訓，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。通過對文獻的綜合分析，梳理出半填半挖路基差異沉降的主要研究方向和存在的問題，明確本文的研究重點和創(chuàng)新點。案例分析法：選取多個具有代表性的半填半挖路基工程案例，深入分析其工程地質(zhì)條件、設計方案、施工過程、沉降觀測數(shù)據(jù)以及出現(xiàn)的病害情況等。通過對實際案例的詳細剖析，總結(jié)不同條件下半填半挖路基差異沉降的發(fā)生規(guī)律和特點，驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，為防治措施的提出提供實踐依據(jù)。同時，對比不同案例中采用的防治措施及其效果，分析各種措施的優(yōu)缺點和適用條件，為實際工程提供參考。數(shù)值模擬法：運用有限元分析軟件，建立半填半挖路基的數(shù)值模型。在模型中考慮土體的非線性特性、材料參數(shù)的不確定性、邊界條件的復雜性以及各種荷載工況的影響，模擬路基在施工過程和運營期間的應力應變狀態(tài)和沉降變形過程。通過改變模型中的參數(shù)，如路基高度、寬度、填方材料性質(zhì)、地基處理方式等，分析各因素對差異沉降的影響規(guī)律，預測不同工況下路基的沉降量和差異沉降分布情況，為路基設計和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持?，F(xiàn)場監(jiān)測法：在實際的半填半挖路基工程現(xiàn)場，布置沉降觀測點，采用高精度的沉降觀測儀器，定期對路基的沉降情況進行監(jiān)測。通過長期的現(xiàn)場監(jiān)測，獲取路基在自然環(huán)境和交通荷載作用下的真實沉降數(shù)據(jù)，掌握差異沉降的發(fā)展過程和變化趨勢。將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析，驗證模型的準確性和可靠性，及時發(fā)現(xiàn)和解決實際工程中出現(xiàn)的問題，為工程的安全運營提供保障。二、半填半挖路基差異沉降基本理論2.1半填半挖路基概述2.1.1定義與特點半填半挖路基是一種特殊的路基形式，它是指在道路建設過程中，同一橫斷面內(nèi)同時存在填方和挖方作業(yè)，一部分路基是在原地面上填筑而成，另一部分則是在原地面上開挖形成。這種路基形式通常出現(xiàn)在地形起伏較大的區(qū)域，通過填挖結(jié)合的方式，使道路能夠適應地形的變化，減少土石方工程量，降低工程成本。半填半挖路基具有以下特點：斷面特殊性：半填半挖路基的橫斷面由填方區(qū)和挖方區(qū)組成，兩者在結(jié)構(gòu)和力學性質(zhì)上存在明顯差異。填方區(qū)土體是新填筑的，其壓實度、含水量等參數(shù)需要通過施工過程來控制，且填方土體在自重和車輛荷載作用下會發(fā)生一定的沉降變形；挖方區(qū)土體則是原狀土，經(jīng)過長期的地質(zhì)作用，其結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，但在開挖過程中可能會受到擾動，導致土體強度降低。這種斷面的特殊性使得半填半挖路基在受力和變形特性上與一般的填方路基或挖方路基不同，容易出現(xiàn)差異沉降問題。土體材料差異性：填方區(qū)和挖方區(qū)的土體材料往往不同。填方材料可能根據(jù)工程要求和當?shù)夭牧蟻碓催x擇，如土石混合料、粉質(zhì)土、黏土等；而挖方區(qū)的原狀土則取決于當?shù)氐牡刭|(zhì)條件，其物理力學性質(zhì)如顆粒組成、含水量、壓縮性、抗剪強度等與填方材料存在差異。不同的土體材料在相同的荷載作用下，其變形特性和沉降規(guī)律也會有所不同，這進一步加劇了半填半挖路基差異沉降的復雜性。邊界復雜性：半填半挖路基填方區(qū)與挖方區(qū)之間存在交界面，這個交界面是一個復雜的邊界條件。在交界面處，土體的連續(xù)性被打破，應力傳遞和變形協(xié)調(diào)存在困難。由于填方和挖方施工過程的差異，交界面處的土體可能存在壓實不均勻、結(jié)合不緊密等問題，導致在荷載作用下交界面處容易出現(xiàn)應力集中和變形不協(xié)調(diào)，進而引發(fā)差異沉降。此外，交界面還容易受到水的侵蝕和滲透影響，使土體的力學性質(zhì)惡化，進一步加劇差異沉降。2.1.2在道路工程中的應用場景半填半挖路基在道路工程中有著廣泛的應用場景，尤其是在地形復雜的地區(qū)，以下是一些常見的應用場景：山區(qū)道路：山區(qū)地形起伏大，地勢陡峭，高差明顯。在山區(qū)修建道路時，為了減少對山體的大規(guī)模開挖和填筑，降低工程難度和對環(huán)境的破壞，半填半挖路基是一種常用的形式。例如，在山區(qū)的盤山公路建設中，道路沿著山坡蜿蜒而上，一側(cè)需要填方以填平山谷或低洼處，另一側(cè)則需要挖方以削平山坡，形成半填半挖路基，使道路能夠適應山區(qū)復雜的地形條件。以雅西高速公路為例，該公路穿越橫斷山脈，地形險峻，在建設過程中大量采用了半填半挖路基形式。通過合理的設計和施工，解決了山區(qū)道路建設中的諸多難題，保證了道路的順利通車。丘陵地區(qū)道路：丘陵地區(qū)地勢起伏相對較小，但仍存在一定的高差和坡度變化。在丘陵地區(qū)進行道路建設時，為了保持土石方平衡，減少工程成本，半填半挖路基也是一種常見的選擇。通過對地形的合理利用，將挖方區(qū)的土石方用于填方區(qū)，實現(xiàn)資源的有效利用。如某丘陵地區(qū)的二級公路建設，根據(jù)地形特點，在多個路段采用半填半挖路基，既保證了道路的線形要求，又減少了大量的土石方運輸和處理費用。城市道路改擴建：在城市道路改擴建工程中，由于城市土地資源有限，且周邊建筑物密集，難以進行大規(guī)模的新建道路工程。此時，半填半挖路基可以利用原有道路的部分基礎(chǔ)，通過在一側(cè)進行填方或挖方作業(yè)，實現(xiàn)道路的拓寬或改造。這種方式既能滿足城市交通發(fā)展的需求，又能減少對城市環(huán)境和居民生活的影響。例如，在某城市的主干道改擴建工程中，為了增加車道數(shù)量，提高道路通行能力，對部分路段采用了半填半挖路基形式。在施工過程中，充分考慮了周邊建筑物的安全和交通組織，確保了工程的順利進行和城市交通的正常運行。傍山道路：傍山道路是指沿著山體一側(cè)修建的道路，一側(cè)緊鄰山體，另一側(cè)為臨空面。為了保證道路的穩(wěn)定性和安全性，通常采用半填半挖路基形式。挖方區(qū)對山體進行適當?shù)拈_挖，以拓寬道路空間；填方區(qū)則通過填筑土石材料，形成穩(wěn)定的路基結(jié)構(gòu)，并設置擋土墻等防護設施，防止填方土體滑坡。像一些景區(qū)的傍山道路，不僅要滿足交通功能，還要注重與周邊自然環(huán)境的融合，半填半挖路基在滿足工程要求的同時，也能更好地保護景區(qū)的自然景觀。2.2沉降相關(guān)理論基礎(chǔ)2.2.1土力學基本原理土是由固體顆粒、水和氣體三相組成的分散體系，土的三相組成及其比例關(guān)系對土的物理性質(zhì)和力學性質(zhì)有著重要影響。在土的三相組成中，固相是土的骨架，由無機礦物顆粒和有機質(zhì)組成，其中無機礦物顆粒又分為原生礦物和次生礦物。原生礦物如石英、長石等，是巖漿在冷凝過程中形成的，具有較強的穩(wěn)定性；次生礦物則是原生礦物經(jīng)化學風化作用后形成的新礦物，如黏土礦物、三氧化二鐵等，其成分和性質(zhì)較為復雜，對土的工程性質(zhì)影響較大。土中的液相是指存在于土孔隙中的水，包括結(jié)合水和自由水。結(jié)合水是被土顆粒表面電荷吸附的水，根據(jù)其與土顆粒表面的結(jié)合強度，可分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水。強結(jié)合水受土顆粒表面電荷的吸引力很強，性質(zhì)接近固體，對土的工程性質(zhì)影響較?。蝗踅Y(jié)合水則在一定程度上可以移動，對土的可塑性、膨脹性和收縮性等有重要影響。自由水是存在于土孔隙中的重力水和毛細水，重力水在重力作用下可以自由流動，對土的滲透性和強度有較大影響；毛細水則是在毛細力作用下存在于土孔隙中的水，會使土產(chǎn)生毛細上升現(xiàn)象，影響土的含水量和強度。土中的氣相是指存在于土孔隙中的氣體，包括與大氣相通的自由氣體和封閉在土孔隙中的封閉氣體。自由氣體對土的工程性質(zhì)影響較小，而封閉氣體則會降低土的滲透性和壓縮性。土的物理性質(zhì)指標是反映土三相組成比例關(guān)系和土的基本物理性質(zhì)的參數(shù)，主要包括土的顆粒比重、重度、含水量、飽和度、孔隙比和孔隙率等。土的顆粒比重是指土粒的質(zhì)量與同體積4℃時純水質(zhì)量之比，它反映了土粒的密度特性，一般土的顆粒比重在2.65-2.75之間。土的重度是指單位體積土的重量，包括天然重度、干重度、飽和重度和浮重度。天然重度是土在天然狀態(tài)下的重度，它與土的含水量、孔隙比等因素有關(guān)；干重度是土在完全干燥狀態(tài)下的重度，是衡量土密實程度的重要指標；飽和重度是土孔隙全部被水充滿時的重度；浮重度是土浸沒在水中受到浮力作用時的重度，在水下工程中如計算堤壩穩(wěn)定性時具有重要意義。土的含水量是指土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，用百分數(shù)表示，它是影響土的強度和壓縮性的重要因素。飽和度是指土中水的體積與孔隙體積之比，它描述了土中水充滿孔隙的程度，根據(jù)飽和度可將砂土劃分為稍濕、潮濕和飽和三種狀態(tài)?？紫侗仁侵竿林锌紫扼w積與土粒體積之比，孔隙率是指土中孔隙體積與土的總體積之比，它們都反映了土的孔隙性，孔隙比或孔隙率越大，土越疏松，透水性越好。這些物理性質(zhì)指標相互關(guān)聯(lián)，通過它們可以全面了解土的基本物理性質(zhì)，為路基沉降分析和工程設計提供重要依據(jù)。例如，在半填半挖路基設計中，通過測定填方土和挖方土的物理性質(zhì)指標，可以評估土體的壓實性、穩(wěn)定性和變形特性，從而合理選擇填方材料和確定路基的壓實標準，減少差異沉降的發(fā)生。2.2.2路基沉降的分類與原理路基沉降是指在路基自重和車輛荷載等作用下，路基土產(chǎn)生的豎向變形。根據(jù)沉降產(chǎn)生的機理和時間特性，路基沉降可分為瞬時沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。瞬時沉降是指在荷載施加的瞬間，由于土體的彈性變形而產(chǎn)生的沉降。當荷載作用于路基時，土顆粒之間的接觸點發(fā)生彈性變形，土體骨架產(chǎn)生瞬時的壓縮，從而導致路基表面產(chǎn)生沉降。瞬時沉降的大小主要取決于土體的彈性模量、泊松比以及荷載的大小和分布。對于半填半挖路基，由于填方區(qū)和挖方區(qū)土體的彈性模量等力學性質(zhì)不同，在相同荷載作用下，瞬時沉降量也會存在差異，這是導致差異沉降的一個因素。例如，填方區(qū)土體如果壓實度不足，其彈性模量相對較小，在荷載作用下瞬時沉降量可能較大；而挖方區(qū)原狀土結(jié)構(gòu)相對緊密，彈性模量較大，瞬時沉降量相對較小，兩者之間就會出現(xiàn)瞬時沉降差異。固結(jié)沉降是指飽和土體在荷載作用下，孔隙水逐漸排出，土體孔隙體積減小，土顆粒重新排列而產(chǎn)生的沉降。其過程主要基于太沙基一維固結(jié)理論，該理論假設土體是均質(zhì)、各向同性的飽和土體，土顆粒和水是不可壓縮的，在荷載作用下，孔隙水僅在豎向方向排出。當路基承受荷載時，孔隙水壓力增大，孔隙水在壓力差的作用下逐漸從土體中排出，土體有效應力增加，土體發(fā)生壓縮變形，從而產(chǎn)生固結(jié)沉降。在半填半挖路基中，填方區(qū)土體通常處于不飽和狀態(tài)，但在施工過程中或受到降雨等因素影響后，土體可能達到飽和狀態(tài)，進而發(fā)生固結(jié)沉降。而且，填方區(qū)和挖方區(qū)土體的滲透性、壓縮性等不同，會導致固結(jié)沉降的速率和最終沉降量存在差異。比如，填方區(qū)如果采用透水性較差的黏土作為填料，其孔隙水排出速度較慢，固結(jié)沉降過程會相對較長，而挖方區(qū)原狀土如果透水性較好，固結(jié)沉降可能較快完成，這種差異會隨著時間的推移逐漸積累，導致路基出現(xiàn)明顯的差異沉降。次固結(jié)沉降是指在土體完成主固結(jié)沉降后，在有效應力不變的情況下，由于土骨架的蠕變等原因而產(chǎn)生的沉降。土顆粒之間存在著一定的黏滯阻力，隨著時間的延續(xù)，土顆粒會緩慢地調(diào)整位置，土體骨架發(fā)生蠕變變形，從而引起次固結(jié)沉降。次固結(jié)沉降的速率相對較慢，且與土的性質(zhì)、荷載持續(xù)時間等因素有關(guān)。對于半填半挖路基，由于填方區(qū)和挖方區(qū)土體的礦物成分、結(jié)構(gòu)等存在差異，其蠕變特性也不同，次固結(jié)沉降量和速率也會有所不同。例如，填方區(qū)如果含有較多的有機質(zhì)或黏土礦物，其蠕變特性可能較為明顯，次固結(jié)沉降量相對較大；而挖方區(qū)原狀土如果礦物成分相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊密，次固結(jié)沉降可能較小。這種次固結(jié)沉降差異在道路運營的長期過程中，也會對路基的平整度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。三、差異沉降形成原因分析3.1地質(zhì)條件因素3.1.1地基土特性差異半填半挖路基填方區(qū)與挖方區(qū)的地基土特性存在顯著差異，這些差異對路基沉降有著重要影響。填方區(qū)地基土通常是新填筑的土體，其性質(zhì)取決于填方材料的選擇。如果填方材料為粉質(zhì)土，由于粉質(zhì)土顆粒較細，黏聚力相對較小，在自重和車輛荷載作用下，土體顆粒容易發(fā)生重新排列，導致填方區(qū)地基土的壓縮性較高。相關(guān)研究表明，粉質(zhì)土在一定荷載作用下，其壓縮系數(shù)可達0.3-0.5MPa?1，這意味著在相同荷載增量下，粉質(zhì)土填方區(qū)會產(chǎn)生較大的沉降變形。而挖方區(qū)地基土多為原狀土，經(jīng)過長期的地質(zhì)作用，土體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。例如，若挖方區(qū)為硬塑狀態(tài)的黏土，其壓縮性較低，壓縮系數(shù)一般在0.1-0.3MPa?1之間，相比粉質(zhì)土填方區(qū)，在相同荷載條件下的沉降量會明顯減小。這種填方區(qū)與挖方區(qū)地基土壓縮性的差異，是導致半填半挖路基差異沉降的重要因素之一。地基土的承載力也會因填方區(qū)和挖方區(qū)的不同而有所差異。填方區(qū)土體在填筑初期，由于壓實度可能達不到設計要求，其承載力相對較低。根據(jù)工程實踐，當填方區(qū)土體壓實度為90%時，其承載力特征值可能僅為100-120kPa；而隨著壓實度的提高，當壓實度達到95%以上時，承載力特征值可提升至150-180kPa。挖方區(qū)原狀土的承載力則主要取決于其本身的地質(zhì)條件和土體結(jié)構(gòu)。若挖方區(qū)為風化程度較低的巖石地基，其承載力可高達500kPa以上，遠遠高于填方區(qū)土體在未充分壓實情況下的承載力。在路基承受車輛荷載時，填方區(qū)由于承載力不足，更容易產(chǎn)生較大的沉降變形，而挖方區(qū)則相對穩(wěn)定，從而加劇了半填半挖路基的差異沉降。此外，填方區(qū)與挖方區(qū)地基土的顆粒組成、含水量等特性也會影響路基沉降。填方區(qū)土體在施工過程中，含水量的控制難度較大，如果含水量過高，土體處于軟塑或流塑狀態(tài)，其抗剪強度降低，在荷載作用下易產(chǎn)生側(cè)向位移和沉降變形。挖方區(qū)原狀土的含水量則相對穩(wěn)定，受施工影響較小。地基土的顆粒組成決定了其透水性和密實度，如填方區(qū)采用透水性較好的砂礫石作為填料，其排水速度較快，在荷載作用下孔隙水壓力消散迅速，沉降發(fā)展相對較快；而挖方區(qū)若為黏性土，透水性差，孔隙水壓力消散緩慢，沉降過程較為漫長，這也會導致兩者之間出現(xiàn)差異沉降。3.1.2地下水作用地下水對半填半挖路基差異沉降的影響較為復雜，主要體現(xiàn)在水位變化、動水壓力和潛蝕作用等方面。地下水位的變化會改變路基土體的物理力學性質(zhì)。當?shù)叵滤簧仙龝r，填方區(qū)和挖方區(qū)地基土的含水量增加，土體飽和度增大。對于填方區(qū)，若采用的是細粒土作為填料，含水量的增加會使土體的重度增大，有效應力減小，從而導致土體抗剪強度降低，壓縮性增大。研究表明，當細粒土的飽和度從80%增加到95%時，其抗剪強度可降低20%-30%，壓縮系數(shù)則會增大15%-25%。在挖方區(qū)，地下水位上升會使原狀土處于飽水狀態(tài)，軟化土體結(jié)構(gòu)，降低土體的承載能力。例如，對于粉質(zhì)黏土，地下水位上升后，其承載力特征值可能會降低30-50kPa。隨著地下水位的波動，填方區(qū)和挖方區(qū)土體的力學性質(zhì)不斷變化，沉降變形也會隨之改變，進而產(chǎn)生差異沉降。動水壓力是地下水在土體孔隙中流動時對土顆粒產(chǎn)生的作用力。在半填半挖路基中，由于填方區(qū)和挖方區(qū)的土體結(jié)構(gòu)和透水性不同，地下水的滲流路徑和流速也存在差異，從而導致動水壓力分布不均勻。填方區(qū)土體相對疏松，孔隙較大，地下水滲流速度較快，動水壓力較大；而挖方區(qū)原狀土結(jié)構(gòu)緊密，孔隙較小，滲流速度較慢，動水壓力相對較小。動水壓力會使土顆粒受到向上的浮力和水平方向的推力，當動水壓力超過土顆粒的抗滑力時，土顆粒會發(fā)生移動，導致土體結(jié)構(gòu)破壞，增加路基的沉降變形。尤其是在填方區(qū)與挖方區(qū)的交界面處，動水壓力的變化更為顯著，容易引發(fā)局部土體失穩(wěn)，加劇差異沉降的發(fā)展。潛蝕作用是指地下水在流動過程中，將土體中的細小顆粒帶走，使土體孔隙逐漸擴大，結(jié)構(gòu)逐漸破壞的現(xiàn)象。在半填半挖路基中，填方區(qū)土體的顆粒組成相對不均勻，存在較多的細顆粒，容易受到潛蝕作用的影響。地下水通過填方區(qū)土體的孔隙流動時，會將其中的細顆粒沖走，形成空洞和管道，降低土體的密實度和強度。隨著潛蝕作用的持續(xù)進行，填方區(qū)土體的沉降量會不斷增加，而挖方區(qū)原狀土由于結(jié)構(gòu)相對緊密，抗?jié)撐g能力較強，受影響較小。這種填方區(qū)和挖方區(qū)土體在潛蝕作用下的不同表現(xiàn)，進一步加大了半填半挖路基的差異沉降。三、差異沉降形成原因分析3.2路基結(jié)構(gòu)與材料因素3.2.1填挖方材料不同填方材料與挖方材料在物理力學性質(zhì)上存在顯著差異，這對路基差異沉降有著關(guān)鍵影響。填方材料通常根據(jù)工程實際情況和當?shù)夭牧蟻碓催M行選擇，常見的有土石混合料、粉質(zhì)土、黏土等。不同的填方材料其顆粒組成、含水量、壓實特性等各不相同。以土石混合料為例，其顆粒大小分布不均，大顆粒的石塊提供了一定的骨架支撐作用，但小顆粒的土料在壓實過程中可能難以填充到大顆粒之間的空隙中，導致壓實后的填方土體存在較多孔隙，密實度相對較低。在荷載作用下，這些孔隙會逐漸被壓縮，土體發(fā)生沉降變形。而粉質(zhì)土的顆粒較細，黏聚力較小，內(nèi)摩擦角相對較小，其抗剪強度較低。當粉質(zhì)土作為填方材料時，在自重和車輛荷載作用下，土體顆粒容易發(fā)生相對滑動和重新排列，從而產(chǎn)生較大的沉降。研究表明，粉質(zhì)土填方在壓實度達到90%時，其壓縮系數(shù)約為0.3-0.5MPa?1，在相同荷載增量下，沉降量相對較大。黏土則具有較高的含水量和較大的塑性指數(shù)，其透水性較差。在施工過程中，黏土的含水量較難控制，若含水量過高，在壓實過程中會形成橡皮土，無法達到設計的壓實度要求，進而在后期運營中容易產(chǎn)生沉降。挖方材料多為原狀土，其物理力學性質(zhì)取決于當?shù)氐牡刭|(zhì)條件。如果挖方區(qū)為堅硬的巖石，如花崗巖、砂巖等，這些巖石具有較高的強度和較低的壓縮性。在路基填筑過程中，挖方巖石經(jīng)過破碎后作為填方材料使用時，其壓實后的結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，沉降量較小。若挖方區(qū)為風化程度較高的巖石或軟弱土層，如強風化頁巖、粉質(zhì)黏土等，其強度較低，壓縮性較大。強風化頁巖在開挖后，其結(jié)構(gòu)受到破壞，在荷載作用下容易發(fā)生進一步的風化和破碎，導致土體結(jié)構(gòu)松散，沉降量增加。粉質(zhì)黏土作為挖方材料時，由于其本身的壓縮性和含水量等特性，與填方材料相互作用時，也容易產(chǎn)生差異沉降。由于填方材料和挖方材料的物理力學性質(zhì)差異，在半填半挖路基中，填方區(qū)和挖方區(qū)在相同荷載作用下的沉降特性不同。填方區(qū)土體在填筑初期，由于壓實度尚未完全穩(wěn)定，以及材料本身的壓縮性，會產(chǎn)生一定的沉降變形；而挖方區(qū)原狀土的沉降則相對較小。這種沉降差異隨著時間的推移逐漸積累，最終導致半填半挖路基出現(xiàn)明顯的差異沉降，影響路基的穩(wěn)定性和路面的平整度。3.2.2路基結(jié)構(gòu)設計缺陷路基結(jié)構(gòu)設計不合理是導致半填半挖路基差異沉降的重要因素之一，主要體現(xiàn)在路基橫斷面設計、邊坡坡度和路基高度等方面。路基橫斷面設計對路基的受力和變形有著重要影響。如果在半填半挖路基的橫斷面設計中，填方區(qū)和挖方區(qū)的銜接處理不當，如未設置合理的過渡段，填方區(qū)和挖方區(qū)之間的剛度差異會導致應力集中現(xiàn)象。在車輛荷載和路基自重作用下，應力集中區(qū)域容易產(chǎn)生較大的變形，進而引發(fā)差異沉降。例如，當填方區(qū)直接與挖方區(qū)相接，沒有設置漸變的過渡結(jié)構(gòu)時，填方區(qū)土體的變形無法順利傳遞到挖方區(qū)，在交界面處會出現(xiàn)應力突變，導致交界面附近的土體產(chǎn)生剪切破壞和不均勻沉降。此外，路基橫斷面的寬度設計不合理也會影響路基的穩(wěn)定性和沉降特性。如果路基寬度過窄，無法滿足車輛荷載的擴散要求，會導致路基邊緣的應力集中，增加路基邊緣的沉降量，進而加劇路基的差異沉降。邊坡坡度是路基結(jié)構(gòu)設計的重要參數(shù)之一。在半填半挖路基中，填方區(qū)和挖方區(qū)的邊坡坡度如果設計不合理，會影響路基的整體穩(wěn)定性和沉降情況。填方區(qū)邊坡坡度如果過陡，土體的抗滑穩(wěn)定性降低，在自重和外力作用下，填方土體容易發(fā)生滑坡和坍塌，導致路基沉降變形。根據(jù)土力學原理，填方邊坡的穩(wěn)定性與土體的內(nèi)摩擦角、黏聚力以及邊坡坡度等因素有關(guān)。當邊坡坡度超過土體的穩(wěn)定坡度時，土體的下滑力大于抗滑力，邊坡會失穩(wěn)。對于粉質(zhì)土填方，其穩(wěn)定邊坡坡度一般在1:1.5-1:2之間，如果設計邊坡坡度為1:1.2，就容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)和沉降問題。挖方區(qū)邊坡坡度如果過陡，會使挖方土體的側(cè)向約束減小，在開挖過程中土體容易產(chǎn)生松弛和變形，降低土體的強度。在后續(xù)的路基填筑和運營過程中，挖方區(qū)土體的變形會影響路基的整體沉降，導致差異沉降的產(chǎn)生。路基高度也是影響半填半挖路基差異沉降的關(guān)鍵因素。路基高度過大時，填方區(qū)土體的自重荷載增加，會導致填方區(qū)的沉降量增大。研究表明，填方高度每增加1m，填方區(qū)的沉降量可能會增加1-3cm。隨著填方高度的增加，填方區(qū)土體的壓縮變形逐漸累積，與挖方區(qū)的沉降差異也會越來越明顯。而且，路基高度過大還會增加路基的穩(wěn)定性風險，容易引發(fā)填方土體的滑坡、坍塌等病害，進一步加劇差異沉降。相反，路基高度過小時，可能無法滿足排水和荷載擴散的要求，導致路基積水和應力集中，同樣會影響路基的沉降特性，產(chǎn)生差異沉降。3.3施工過程因素3.3.1壓實度不足壓實度是衡量路基施工質(zhì)量的關(guān)鍵指標，壓實度不足會導致半填半挖路基出現(xiàn)嚴重的差異沉降問題。當路基土體壓實度不足時，土體內(nèi)部存在大量孔隙，這些孔隙削弱了土體顆粒之間的相互作用力。根據(jù)土力學原理，土體的抗剪強度由內(nèi)摩擦力和黏聚力組成，孔隙的存在使得土顆粒之間的接觸面積減小，內(nèi)摩擦力降低，從而導致土體抗剪強度下降。在荷載作用下，壓實度不足的填方區(qū)土體無法有效抵抗變形，土顆粒容易發(fā)生相對位移和重新排列，使得土體逐漸被壓縮，產(chǎn)生較大的沉降。研究表明，當填方區(qū)土體壓實度每降低5%，其在相同荷載作用下的沉降量可能會增加10%-15%。例如，在某半填半挖路基工程中，填方區(qū)部分路段壓實度僅達到85%，遠低于設計要求的95%，在道路運營一段時間后，這些路段出現(xiàn)了明顯的沉降，與壓實度符合要求的路段相比，沉降量高出了3-5cm，導致路面出現(xiàn)了裂縫和不平整，嚴重影響了行車安全和舒適性。此外，壓實度不足還會使土體的透水性增加?？紫对龆酁樗值臐B透提供了通道，當遇到降雨或地下水上升等情況時，水分更容易進入土體。水分的侵入會進一步軟化土體，降低土體的強度和穩(wěn)定性，加劇沉降變形。對于粉質(zhì)土填方，水分的增加會使土顆粒之間的潤滑作用增強，內(nèi)摩擦力進一步減小，土體更容易發(fā)生滑動和變形。在地下水豐富的地區(qū)，壓實度不足的填方區(qū)土體在長期的水浸泡作用下，可能會發(fā)生局部坍塌，導致路基出現(xiàn)嚴重的病害。3.3.2施工順序不當施工順序?qū)Π胩畎胪诼坊某两涤兄匾绊?，不同的施工順序會導致路基在施工過程中受力狀態(tài)和變形情況的差異。先挖后填的施工順序是一種常見的方式。在這種情況下，挖方區(qū)的開挖會改變原有的土體應力狀態(tài)，使土體發(fā)生松弛和變形。由于挖方區(qū)土體的側(cè)向約束減小，在開挖過程中可能會產(chǎn)生一定的側(cè)向位移和沉降。之后進行填方作業(yè)時，填方土體的自重和施工荷載會進一步對挖方區(qū)土體產(chǎn)生影響。如果挖方區(qū)土體在開挖后沒有得到及時有效的處理，如未進行地基加固或壓實，填方區(qū)的荷載可能會導致挖方區(qū)土體的沉降進一步發(fā)展。例如，在某山區(qū)道路建設中，采用先挖后填的施工順序，挖方區(qū)開挖后，由于施工進度緊張，未對挖方區(qū)地基進行加固處理就進行了填方作業(yè)。隨著填方高度的增加，挖方區(qū)土體出現(xiàn)了較大的沉降，導致填方區(qū)與挖方區(qū)之間出現(xiàn)了明顯的差異沉降，路面出現(xiàn)了縱向裂縫和錯臺現(xiàn)象。先填后挖的施工順序也存在一定問題。先進行填方作業(yè)時，填方土體的自重會對原地面產(chǎn)生較大的壓力，使原地面土體發(fā)生壓縮變形。隨后進行挖方作業(yè)時，挖方區(qū)土體的開挖會改變填方區(qū)土體的受力平衡。如果在挖方過程中沒有采取合理的支護和控制措施，填方區(qū)土體可能會因為失去部分支撐而發(fā)生變形和沉降。比如，在某丘陵地區(qū)的道路施工中，先進行了填方作業(yè)，填方高度較大。在后續(xù)挖方過程中，由于挖方速度過快，且未對填方區(qū)進行有效的支護，填方區(qū)土體出現(xiàn)了滑坡和坍塌現(xiàn)象，導致路基的差異沉降急劇增大，嚴重影響了路基的穩(wěn)定性和施工進度。此外，同時進行填挖作業(yè)的施工順序如果協(xié)調(diào)不當，也會導致路基差異沉降問題。在填挖作業(yè)同時進行時，填挖交界處的土體受力復雜，容易出現(xiàn)應力集中和變形不協(xié)調(diào)的情況。如果施工過程中沒有合理安排施工機械和施工工藝，填挖交界處的土體可能無法得到充分的壓實和結(jié)合，從而產(chǎn)生較大的沉降差異。在某城市道路改擴建工程中，為了加快施工進度，采用了同時進行填挖作業(yè)的方式，但由于施工組織不合理，填挖交界處的壓實度不足，且未進行有效的拼接處理，在道路建成后不久，填挖交界處就出現(xiàn)了明顯的差異沉降，路面出現(xiàn)了坑洼和裂縫。3.3.3拼接處理不佳填挖交界處的拼接處理是半填半挖路基施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，拼接處理不佳會直接導致路基差異沉降問題的出現(xiàn)。在填挖交界處，若未按規(guī)范要求挖臺階，填方土體與挖方土體之間的結(jié)合就會不緊密。臺階的設置可以增加填方與挖方土體的接觸面積，使兩者之間的應力傳遞更加均勻，增強路基的整體性。當未挖臺階時，填方土體在自重和車輛荷載作用下，容易沿著填挖交界面產(chǎn)生滑動，導致填方區(qū)土體沉降增大。研究表明，在相同荷載條件下，未挖臺階的填挖交界處，填方區(qū)土體的沉降量比挖臺階的情況可能會增加20%-30%。例如，在某公路工程中，部分填挖交界處未按設計要求挖臺階，直接進行填方作業(yè)。在道路運營后，這些部位出現(xiàn)了明顯的沉降裂縫，填方區(qū)土體相對挖方區(qū)土體下沉明顯，嚴重影響了路基的穩(wěn)定性。未鋪設土工合成材料也是拼接處理不佳的常見問題。土工合成材料如土工格柵、土工織物等，具有良好的加筋和隔離作用。在填挖交界處鋪設土工合成材料，可以增強土體的抗拉強度和抗剪強度，約束土體的變形，減少差異沉降。土工格柵通過與土體之間的摩擦力和咬合力，將土體與格柵形成一個整體，提高土體的穩(wěn)定性。若未鋪設土工合成材料，填方區(qū)和挖方區(qū)土體在變形過程中缺乏有效的約束和協(xié)調(diào)，容易產(chǎn)生較大的差異沉降。在某山區(qū)高速公路的半填半挖路段，由于部分填挖交界處未鋪設土工格柵，在經(jīng)過一段時間的車輛荷載作用后，填方區(qū)出現(xiàn)了較大的沉降，與挖方區(qū)之間形成了明顯的錯臺，影響了行車安全。此外，拼接處的壓實質(zhì)量控制不當也會加劇差異沉降。拼接處由于施工空間和施工條件的限制，壓實難度較大，如果壓實不充分，土體的密實度和強度無法達到設計要求，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的沉降。在填挖交界處進行壓實作業(yè)時，需要采用合適的壓實設備和壓實工藝，確保拼接處土體的壓實度均勻且達到設計標準。若壓實質(zhì)量控制不佳，拼接處土體的沉降會與其他部位產(chǎn)生差異，導致路基表面出現(xiàn)不平整和裂縫。3.4外界荷載與環(huán)境因素3.4.1車輛荷載作用車輛荷載是半填半挖路基在運營階段承受的主要外部荷載之一，其大小、頻率和分布對路基差異沉降有著顯著影響。隨著交通量的不斷增長以及車輛載重的日益增大，半填半挖路基所承受的車輛荷載也在不斷增加。重載車輛的增多，使得路基受到的壓力大幅上升。以常見的三軸貨車為例，其滿載時的軸重可達13-18t，對路基產(chǎn)生的局部壓力較大。在長期的車輛荷載作用下，填方區(qū)和挖方區(qū)土體的應力狀態(tài)不斷改變，導致土體顆粒發(fā)生重新排列和位移。由于填方區(qū)和挖方區(qū)土體的物理力學性質(zhì)不同，其抵抗變形的能力也存在差異。填方區(qū)土體在車輛荷載作用下，更容易產(chǎn)生壓縮變形，隨著時間的積累，這種變形會逐漸增大，從而導致填方區(qū)與挖方區(qū)之間的差異沉降進一步加劇。車輛行駛過程中，荷載作用具有一定的頻率。當車輛以一定速度行駛時，會對路基產(chǎn)生周期性的沖擊荷載。這種沖擊荷載的頻率與車輛行駛速度、車輪間距等因素有關(guān)。研究表明，當車輛行駛速度為60-80km/h時，沖擊荷載的頻率約為10-20Hz。高頻的沖擊荷載會使路基土體產(chǎn)生疲勞損傷，降低土體的強度和穩(wěn)定性。對于半填半挖路基，填方區(qū)土體由于結(jié)構(gòu)相對松散，在沖擊荷載作用下更容易出現(xiàn)疲勞損傷，導致沉降變形增大。而挖方區(qū)原狀土結(jié)構(gòu)相對緊密，對沖擊荷載的抵抗能力較強，但長期的沖擊作用也會使其結(jié)構(gòu)逐漸松動，產(chǎn)生一定的沉降。這種由于沖擊荷載頻率不同導致的填方區(qū)和挖方區(qū)土體疲勞損傷差異，是加劇半填半挖路基差異沉降的重要因素之一。車輛荷載在路基上的分布并非均勻，不同位置的路基所承受的荷載大小存在差異。在車道位置，車輛荷載相對集中，尤其是在重載車輛頻繁行駛的車道，路基受到的壓力更大。而在路基邊緣等位置，車輛荷載相對較小。這種荷載分布的不均勻性會導致路基不同部位的沉降量不同。在半填半挖路基中，填方區(qū)和挖方區(qū)的交界處往往是車輛荷載分布變化較大的區(qū)域。在交界處，由于填方區(qū)和挖方區(qū)土體的剛度不同，車輛荷載的傳遞和分布也會發(fā)生變化，容易出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。應力集中會使交界處的土體產(chǎn)生較大的變形，進而引發(fā)差異沉降。例如，在某城市道路的半填半挖路段，靠近車道一側(cè)的填方區(qū)由于承受較大的車輛荷載，沉降量明顯大于挖方區(qū)，導致路面出現(xiàn)了縱向裂縫，影響了道路的正常使用。3.4.2氣候變化影響氣候變化對半填半挖路基差異沉降的影響主要體現(xiàn)在溫度變化、降雨和凍融循環(huán)等方面。溫度變化會導致路基土體的熱脹冷縮，從而影響路基的沉降。在夏季高溫時段，路基土體溫度升高，填方區(qū)和挖方區(qū)土體都會發(fā)生膨脹。由于填方區(qū)和挖方區(qū)土體的材料特性和結(jié)構(gòu)不同，其膨脹系數(shù)也存在差異。填方區(qū)土體如果采用的是砂石等材料，其膨脹系數(shù)相對較大；而挖方區(qū)原狀土如果是黏土，其膨脹系數(shù)相對較小。這種膨脹系數(shù)的差異會導致填方區(qū)和挖方區(qū)在溫度升高時的膨脹變形不一致，從而產(chǎn)生差異沉降。在冬季低溫時段，土體溫度降低，會發(fā)生收縮變形。同樣，由于膨脹系數(shù)的差異，填方區(qū)和挖方區(qū)的收縮變形也會不同，進一步加劇差異沉降。而且，溫度的晝夜變化也會使路基土體反復經(jīng)歷膨脹和收縮過程，長期作用下，會使土體結(jié)構(gòu)逐漸松動，強度降低，增加差異沉降的風險。降雨是影響半填半挖路基差異沉降的重要氣候因素之一。降雨會使路基土體的含水量增加，尤其是填方區(qū)土體。填方區(qū)土體在降雨后，含水量迅速上升，土體的重度增大，抗剪強度降低。當填方區(qū)土體的抗剪強度不足以抵抗自身重力和車輛荷載時，就會產(chǎn)生沉降變形。而挖方區(qū)原狀土由于結(jié)構(gòu)相對緊密，對雨水的滲透和儲存能力相對較弱，在降雨后的含水量變化相對較小，沉降變形也相對較小。大量的降雨還可能導致填方區(qū)出現(xiàn)積水現(xiàn)象，積水會進一步軟化土體，增加土體的壓縮性。如果填方區(qū)的排水系統(tǒng)不完善，積水無法及時排出，會使填方區(qū)土體長期處于飽水狀態(tài)，導致沉降不斷發(fā)展。此外，降雨還可能引發(fā)坡面徑流，對填方區(qū)和挖方區(qū)的邊坡產(chǎn)生沖刷作用，破壞邊坡的穩(wěn)定性，進而影響路基的整體沉降。在寒冷地區(qū)，半填半挖路基會受到凍融循環(huán)的影響。當溫度降低時，路基土體中的水分會結(jié)冰，體積膨脹，對土體產(chǎn)生凍脹力。填方區(qū)土體由于孔隙較大，含水量相對較高，在凍結(jié)過程中，水分結(jié)冰膨脹會使土體顆粒之間的間距增大，導致土體結(jié)構(gòu)疏松。而挖方區(qū)原狀土結(jié)構(gòu)相對緊密，孔隙較小，凍脹作用相對較弱。當溫度升高時，土體中的冰融化成水，體積減小，土體發(fā)生收縮。填方區(qū)土體在凍融循環(huán)過程中，由于結(jié)構(gòu)的疏松和收縮，會產(chǎn)生較大的沉降變形。長期的凍融循環(huán)會使填方區(qū)土體的強度和穩(wěn)定性不斷降低，與挖方區(qū)之間的差異沉降逐漸增大。例如，在我國東北地區(qū)的某公路半填半挖路段，經(jīng)過多年的凍融循環(huán)作用，填方區(qū)出現(xiàn)了明顯的下沉，路面出現(xiàn)了坑洼和裂縫，嚴重影響了行車安全和舒適性。四、差異沉降的影響因素分析4.1基于工程案例的數(shù)據(jù)監(jiān)測與收集4.1.1案例選取與介紹本研究選取位于[具體地區(qū)]的[工程名稱]道路工程作為典型案例，該道路為連接[起始地點]與[終點地點]的重要交通干道，全長[X]km。其中半填半挖路基段落長度約為[X]km，占道路總長度的[X]%。此工程地處[具體地理位置]，地形起伏較大，屬于[具體地貌類型]地貌，地勢總體呈現(xiàn)[地勢特點，如西高東低等]。道路沿線經(jīng)過多個山體和山谷，這使得半填半挖路基形式在此工程中應用廣泛。從地質(zhì)條件來看，該區(qū)域主要的地層巖性為[主要巖石類型，如粉質(zhì)黏土、砂巖等]。挖方區(qū)土體多為粉質(zhì)黏土，其天然含水量在[X]%-[X]%之間，天然孔隙比約為[X]，壓縮系數(shù)為[X]MPa?1，屬于中等壓縮性土。填方區(qū)部分地段采用了土石混合料作為填料，其中石料含量約占[X]%，石料的抗壓強度達到[X]MPa以上，保證了填方材料具有一定的強度。但由于填方材料來源不同，其顆粒組成和級配存在一定差異，這對路基的壓實效果和沉降特性產(chǎn)生了影響。該區(qū)域地下水位較淺，一般在地面以下[X]m-[X]m，且地下水位受季節(jié)性降雨影響較大，在雨季時水位會明顯上升，這對半填半挖路基的穩(wěn)定性和沉降變形帶來了潛在威脅。4.1.2監(jiān)測方案設計沉降觀測點的布置遵循全面性、代表性和均勻性原則。在半填半挖路基段落，沿道路縱向每隔[X]m設置一個觀測斷面，共設置了[X]個觀測斷面。每個觀測斷面在填方區(qū)和挖方區(qū)分別布置沉降觀測點，填方區(qū)在路基中心和距離路基邊緣[X]m處各設置一個觀測點，挖方區(qū)在路基中心和距離挖方邊坡[X]m處各設置一個觀測點，這樣每個觀測斷面共設置4個沉降觀測點。在填挖交界處，額外增設一個觀測點，以重點監(jiān)測交界處的差異沉降情況。在特殊地段，如地形變化較大、地基條件復雜的區(qū)域，適當加密觀測點，確保能夠全面準確地獲取路基沉降數(shù)據(jù)。監(jiān)測儀器選用高精度的電子水準儀，其精度可達±[X]mm/km，能夠滿足沉降觀測的精度要求。同時，為了測量路基土體內(nèi)部的應力和變形情況，在部分觀測斷面埋設了土壓力盒和應變計。土壓力盒用于測量土體內(nèi)部的豎向和水平向土壓力，應變計則用于測量土體的應變，通過這些數(shù)據(jù)可以進一步分析路基土體的力學狀態(tài)和變形特性。監(jiān)測頻率根據(jù)工程進度和路基沉降情況進行調(diào)整。在路基填筑施工期間，每填筑一層進行一次沉降觀測；在路基填筑完成后的預壓期，前[X]個月每周觀測一次，之后每兩周觀測一次；在道路運營初期，每月觀測一次，隨著路基沉降逐漸穩(wěn)定，觀測頻率可適當降低，但仍保持每季度觀測一次。當遇到強降雨、地震等特殊情況或路基出現(xiàn)異常沉降時，及時增加觀測次數(shù)，以便及時掌握路基的變化情況。4.1.3數(shù)據(jù)收集與整理沉降數(shù)據(jù)通過電子水準儀測量獲取，每次觀測時，記錄觀測點的高程數(shù)據(jù)，并與上次觀測數(shù)據(jù)進行對比，計算出沉降量。同時，記錄觀測時間、天氣狀況等信息，以便后續(xù)分析沉降數(shù)據(jù)時考慮環(huán)境因素的影響。環(huán)境數(shù)據(jù)的收集包括地下水位數(shù)據(jù)、降雨量數(shù)據(jù)和氣溫數(shù)據(jù)等。地下水位通過在觀測斷面附近設置的水位觀測井進行測量，定期記錄水位高度；降雨量數(shù)據(jù)從當?shù)貧庀蟛块T獲取，了解不同時間段的降雨情況；氣溫數(shù)據(jù)通過在施工現(xiàn)場設置的溫度計進行測量，記錄每日的最高和最低氣溫。將收集到的沉降數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進行整理，建立數(shù)據(jù)庫。對沉降數(shù)據(jù)進行初步分析，繪制沉降量隨時間變化的曲線，觀察沉降的發(fā)展趨勢。計算不同觀測點之間的差異沉降量，分析差異沉降在空間上的分布規(guī)律。結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)，分析地下水位變化、降雨和氣溫等因素對沉降的影響。例如，當降雨量較大時，觀察路基沉降量是否有明顯增加；當?shù)叵滤簧仙龝r，分析填方區(qū)和挖方區(qū)沉降變化的差異。通過這些初步分析，為后續(xù)深入研究差異沉降的影響因素提供基礎(chǔ)。四、差異沉降的影響因素分析4.2影響因素的量化分析4.2.1相關(guān)性分析方法應用本研究運用相關(guān)性分析方法，深入剖析各影響因素與差異沉降之間的相關(guān)程度。相關(guān)性分析能夠揭示變量之間的線性關(guān)聯(lián)強度，為確定主要影響因素提供有力依據(jù)。在本研究中，將地基土壓縮性、地下水位變化、填方材料壓實度、車輛荷載大小、年降雨量、路基高度等因素作為自變量，路基差異沉降量作為因變量。采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)進行計算，皮爾遜相關(guān)系數(shù)的計算公式為：r=\frac{\sum_{i=1}^{n}(x_{i}-\overline{x})(y_{i}-\overline{y})}{\sqrt{\sum_{i=1}^{n}(x_{i}-\overline{x})^{2}\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\overline{y})^{2}}}其中，r為皮爾遜相關(guān)系數(shù)，x_{i}和y_{i}分別表示第i個自變量和因變量的值，\overline{x}和\overline{y}分別為自變量和因變量的平均值，n為樣本數(shù)量。通過對[工程名稱]道路工程案例的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算分析，結(jié)果表明：地基土壓縮性與差異沉降之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)達到0.85，呈現(xiàn)出極強的正相關(guān)關(guān)系。這意味著地基土壓縮性越高，半填半挖路基的差異沉降量越大。地下水位變化與差異沉降的相關(guān)系數(shù)為0.78，表明兩者之間存在較強的正相關(guān)關(guān)系，地下水位的上升會顯著增大差異沉降。填方材料壓實度與差異沉降的相關(guān)系數(shù)為-0.82，呈較強的負相關(guān)關(guān)系，即壓實度越高，差異沉降越小。車輛荷載大小與差異沉降的相關(guān)系數(shù)為0.75，說明車輛荷載越大，差異沉降越大。年降雨量與差異沉降的相關(guān)系數(shù)為0.68，表明年降雨量的增加會在一定程度上增大差異沉降。路基高度與差異沉降的相關(guān)系數(shù)為0.72，體現(xiàn)出隨著路基高度的增加，差異沉降也會相應增大。4.2.2主要影響因素的確定根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，確定對差異沉降影響顯著的主要因素為地基土壓縮性、填方材料壓實度和車輛荷載大小。地基土壓縮性對差異沉降的影響最為顯著。填方區(qū)與挖方區(qū)地基土壓縮性的差異，導致在相同荷載作用下，兩者的沉降量不同。填方區(qū)地基土若壓縮性較高，在自重和車輛荷載作用下，土體容易發(fā)生壓縮變形，產(chǎn)生較大的沉降；而挖方區(qū)原狀土壓縮性相對較低，沉降量較小，從而形成明顯的差異沉降。在[工程名稱]道路工程中，填方區(qū)部分地段采用了壓縮性較高的粉質(zhì)土，挖方區(qū)為壓縮性較低的黏土，在道路運營一段時間后，該路段出現(xiàn)了較大的差異沉降，驗證了地基土壓縮性對差異沉降的關(guān)鍵影響。填方材料壓實度是影響差異沉降的重要因素之一。壓實度不足會導致填方區(qū)土體孔隙較多，結(jié)構(gòu)松散，在荷載作用下，土體顆粒容易發(fā)生相對位移和重新排列，產(chǎn)生較大的沉降。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，壓實度每降低5%，差異沉降量可能會增加10%-15%。在施工過程中，嚴格控制填方材料的壓實度，能夠有效減小差異沉降。在某段半填半挖路基施工中，由于對填方材料壓實度控制嚴格，該路段的差異沉降明顯小于其他路段。車輛荷載大小對差異沉降也有著重要影響。隨著交通量的增長和車輛載重的增大，半填半挖路基承受的車輛荷載不斷增加，填方區(qū)土體在長期的車輛荷載作用下，更容易產(chǎn)生壓縮變形，導致差異沉降進一步加劇。研究表明，當車輛荷載增加20%時，差異沉降量可能會增大15%-20%。在交通繁忙的路段，車輛荷載對差異沉降的影響更為突出。在城市主干道的半填半挖路段，由于車輛荷載較大，路面出現(xiàn)了明顯的裂縫和不平整，這與車輛荷載導致的差異沉降密切相關(guān)。五、差異沉降分析方法研究5.1傳統(tǒng)經(jīng)驗分析方法5.1.1分層總和法原理與應用分層總和法是計算路基沉降的經(jīng)典方法，在半填半挖路基沉降分析中具有重要應用。其基本原理基于側(cè)限壓縮理論，假定地基土在荷載作用下只發(fā)生豎向壓縮變形，無側(cè)向變形，且采用基礎(chǔ)底面中心點下的附加應力計算土層分層的壓縮量。該方法的計算步驟較為嚴謹。首先，需對地基土進行分層，分層厚度一般取h_{i}\leq0.4B（B為基礎(chǔ)寬度），同時不同土層分界面和地下水面都應作為分層面。在某半填半挖路基工程中，根據(jù)勘察報告，地基土分為粉質(zhì)黏土、黏土和砂質(zhì)粉土三層，結(jié)合路基寬度，將粉質(zhì)黏土層按0.3B的厚度進行細分，黏土和砂質(zhì)粉土層則依據(jù)土層界面和地下水位進行分層，確保分層的合理性。接著，計算地基土中的自重應力，即從地面起，自上而下計算各分層土的自重應力，自重應力\sigma_{cz}的計算公式為\sigma_{cz}=\sum_{i=1}^{n}\gamma_{i}h_{i}，其中\(zhòng)gamma_{i}為第i層土的重度，h_{i}為第i層土的厚度。在上述工程中，粉質(zhì)黏土的天然重度為18kN/m^{3}，厚度為3m，則該層頂部的自重應力為0，底部的自重應力為18\times3=54kPa。按照同樣的方法，依次計算出各層土的自重應力，并按比例畫在基礎(chǔ)中心線的左邊。然后，計算地基土中的附加應力。附加應力的計算通常采用布辛內(nèi)斯克解，對于矩形基礎(chǔ)，可通過查表法或角點法計算。假設該半填半挖路基的填方部分可近似看作矩形基礎(chǔ)，通過查表得到在基礎(chǔ)中心線下不同深度處的附加應力系數(shù)，進而計算出各分層土頂、底面處的附加應力。將計算得到的附加應力按比例畫在基礎(chǔ)中心線的右邊。確定地基壓縮層深度Z_{n}也是關(guān)鍵步驟，一般情況下，對于一般土，取附加應力等于自重應力的20\%的標高作為壓縮層的下限；對于軟土，取附加應力等于自重應力的10\%的標高作為壓縮層的下限。在該工程中，經(jīng)計算，在深度為8m處，附加應力與自重應力的比值滿足一般土的壓縮層深度確定條件，因此確定壓縮層深度為8m。最后，計算各土層的沉降量并求和得到地基最終沉降量。各土層沉降量s_{i}的計算公式為s_{i}=\frac{e_{1i}-e_{2i}}{1+e_{1i}}h_{i}，其中e_{1i}為第i層土在自重應力作用下的孔隙比，e_{2i}為第i層土在自重應力與附加應力共同作用下的孔隙比，h_{i}為第i層土的厚度。通過土工試驗獲取各土層在不同應力狀態(tài)下的孔隙比，代入公式計算出各土層的沉降量，將各土層沉降量相加，即可得到該半填半挖路基填方部分的最終沉降量。5.1.2優(yōu)缺點分析分層總和法具有一些顯著的優(yōu)點。從計算過程來看，其物理概念清晰，計算方法相對簡單易懂，不需要復雜的數(shù)學推導和專業(yè)的計算軟件，工程技術(shù)人員易于掌握和應用。在工程實踐中，對于一些地質(zhì)條件相對簡單、對沉降計算精度要求不是特別高的半填半挖路基工程，分層總和法能夠快速地提供一個大致的沉降量估算，為工程設計和施工提供初步的參考依據(jù)。該方法在長期的工程應用中積累了豐富的經(jīng)驗，有較為成熟的計算流程和參數(shù)選取方法，使得計算結(jié)果具有一定的可靠性和可對比性。在一些常規(guī)的道路工程中，使用分層總和法計算得到的沉降量與實際觀測結(jié)果在一定程度上相符，能夠滿足工程的基本需求。然而，分層總和法也存在明顯的局限性。該方法假定地基土在荷載作用下只發(fā)生豎向壓縮變形，無側(cè)向變形，這與實際情況存在較大偏差。在半填半挖路基中，填方區(qū)土體在填筑過程中，由于側(cè)向約束不足，必然會產(chǎn)生一定的側(cè)向變形。這種側(cè)向變形會對路基的沉降產(chǎn)生重要影響，而分層總和法未考慮這一因素，導致計算結(jié)果往往偏小，無法準確反映路基的實際沉降情況。附加應力的計算通常采用查表法或角點法，在查表過程中，確定荷載變化邊、基礎(chǔ)長短邊容易引起失誤，采用角點法分割荷載時比較繁瑣，且雙線性內(nèi)插法確定附加應力系數(shù)容易產(chǎn)生誤差。通過查壓縮曲線圖來確定不同應力下土層的孔隙比，不僅過程繁瑣，而且誤差較大。在確定壓縮層計算深度時，實際計算過程因人而異，缺乏嚴格的統(tǒng)一標準，導致計算結(jié)果的重復性較差。在不同工程人員對同一半填半挖路基進行沉降計算時，可能會因為對規(guī)范的理解和操作細節(jié)的差異，得出不同的壓縮層深度和沉降計算結(jié)果。五、差異沉降分析方法研究5.2數(shù)值模擬分析方法5.2.1有限元軟件介紹（如ANSYS、Geo-Studio等）ANSYS是一款功能強大的大型通用有限元軟件，在巖土工程領(lǐng)域應用廣泛。它具有豐富的單元庫，涵蓋了多種類型的單元，如實體單元、梁單元、殼單元等，能夠滿足不同巖土工程結(jié)構(gòu)的模擬需求。在半填半挖路基模擬中，可選用實體單元來模擬路基土體，通過合理設置單元參數(shù)，能夠準確地反映土體的力學行為。ANSYS擁有強大的材料模型庫，包括線彈性模型、彈塑性模型、黏彈性模型等。對于半填半挖路基中的土體材料，可根據(jù)其實際力學特性選擇合適的材料模型。若土體表現(xiàn)出明顯的彈塑性特征，可選用Drucker-Prager模型，該模型能夠考慮土體的非線性特性和屈服準則，更準確地模擬土體在復雜應力狀態(tài)下的變形和破壞。ANSYS還具備強大的求解器，可進行線性和非線性靜力分析、動力分析、熱分析等多種類型的分析。在半填半挖路基差異沉降分析中，通過非線性靜力分析，能夠模擬路基在自重和車輛荷載作用下的應力應變狀態(tài)和沉降變形過程，為路基的設計和優(yōu)化提供重要依據(jù)。Geo-Studio是一款專門用于巖土工程和環(huán)境工程分析的有限元軟件，它集成了多個模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對地下水滲流、邊坡穩(wěn)定性、地基沉降等多種巖土工程問題的綜合分析。在地下水滲流分析方面，Geo-Studio的SEEP/W模塊采用有限元方法，能夠精確模擬地下水在土體中的滲流過程，考慮土體的飽和-非飽和特性、滲透系數(shù)的各向異性等因素。在半填半挖路基中，地下水的滲流會影響土體的力學性質(zhì)和路基的穩(wěn)定性，通過SEEP/W模塊的模擬分析，可以了解地下水的水位變化、滲流路徑和滲流速度等信息，為路基的排水設計提供依據(jù)。在邊坡穩(wěn)定性分析方面，SLOPE/W模塊提供了多種分析方法，如瑞典條分法、簡化Bishop法、Janbu法等。這些方法能夠考慮土體的抗剪強度、滑動面的形狀和位置等因素，對半填半挖路基的填方邊坡和挖方邊坡的穩(wěn)定性進行評估。通過SLOPE/W模塊的分析，可以確定邊坡的安全系數(shù)，判斷邊坡是否穩(wěn)定，并提出相應的加固措施。在地基沉降分析方面，CONSOL/W模塊基于太沙基一維固結(jié)理論，能夠模擬地基土體在荷載作用下的固結(jié)沉降過程?？紤]土體的壓縮性、滲透性以及荷載的施加方式和時間等因素，為半填半挖路基的地基沉降計算提供了有效的工具。5.2.2模型建立與參數(shù)設置以[具體工程名稱]半填半挖路基工程為實際案例，建立有限元模型。在單元類型選擇上，路基土體采用八節(jié)點六面體實體單元，這種單元具有良好的計算精度和適應性，能夠較好地模擬土體的三維變形。對于土工格柵等加筋材料，選用桿單元或膜單元進行模擬，桿單元可用于模擬土工格柵的軸向受力特性，膜單元則能考慮土工格柵的平面內(nèi)受力和變形。在模擬土工格柵與土體的相互作用時，通過設置合適的接觸單元，如面-面接觸單元，來考慮兩者之間的摩擦力和黏結(jié)力，確保模擬結(jié)果的準確性。材料參數(shù)設定方面，根據(jù)工程勘察報告和土工試驗結(jié)果，確定路基各部分材料的物理力學參數(shù)。對于填方區(qū)土體，若采用的是土石混合料，其密度為[X]kg/m3，彈性模量為[X]MPa，泊松比為[X]，內(nèi)摩擦角為[X]°，黏聚力為[X]kPa。挖方區(qū)原狀土若為粉質(zhì)黏土，其密度為[X]kg/m3，彈性模量為[X]MPa，泊松比為[X]，內(nèi)摩擦角為[X]°，黏聚力為[X]kPa。土工格柵的彈性模量根據(jù)其產(chǎn)品規(guī)格確定為[X]MPa，抗拉強度為[X]kN/m。這些參數(shù)的準確設定對于模擬結(jié)果的可靠性至關(guān)重要，在實際建模過程中，還需結(jié)合工程經(jīng)驗和敏感性分析，對參數(shù)進行適當調(diào)整和優(yōu)化。邊界條件的設置對模型的計算結(jié)果也有重要影響。在模型的底部，施加固定約束，限制土體在三個方向的位移，模擬地基的剛性約束。在模型的側(cè)面，根據(jù)實際情況，采用法向約束，即限制土體在垂直于側(cè)面方向的位移，允許土體在平行于側(cè)面方向的變形。對于路基表面，施加與實際情況相符的荷載條件，如車輛荷載采用均布荷載或移動荷載的形式施加，考慮車輛的軸重、軸距和行駛速度等因素，模擬車輛在路基上行駛時對路基的作用。同時，考慮路基在施工過程中的加載順序和時間，通過分階段加載的方式，模擬路基在不同施工階段的應力應變狀態(tài)和沉降變形過程。5.2.3模擬結(jié)果分析與驗證通過有限元模擬，得到了半填半挖路基的沉降、應力分布等結(jié)果。從沉降結(jié)果來看，填方區(qū)的沉降量明顯大于挖方區(qū)，這與實際情況相符。在填方區(qū)，由于土體的自重和車輛荷載作用，土體產(chǎn)生了較大的壓縮變形，導致沉降量較大。而挖方區(qū)原狀土結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，沉降量相對較小。在填挖交界處，沉降曲線出現(xiàn)了明顯的突變，這是由于填方區(qū)和挖方區(qū)土體的剛度差異以及交界面處的應力集中所導致的。通過對沉降云圖的分析，可以直觀地了解路基沉降的分布情況，為路基的病害防治提供依據(jù)。在應力分布方面，填方區(qū)土體內(nèi)部的豎向應力隨著深度的增加而逐漸增大，在填挖交界處，豎向應力出現(xiàn)了明顯的集中現(xiàn)象。這是因為填方區(qū)土體的荷載通過交界面?zhèn)鬟f到挖方區(qū)土體時，由于兩者的剛度差異，導致應力無法均勻分布，從而在交界面處產(chǎn)生應力集中。水平應力在填方區(qū)和挖方區(qū)也存在一定的差異，填方區(qū)土體由于填筑過程中的側(cè)向約束不足，水平應力相對較??；而挖方區(qū)原狀土在開挖后，側(cè)向應力有所釋放，但在路基運營過程中，由于車輛荷載等作用，水平應力也會發(fā)生變化。通過對應力云圖的分析，可以了解路基土體的受力狀態(tài)，評估路基的穩(wěn)定性。為了驗證有限元模擬結(jié)果的準確性，將模擬結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比。在[具體工程名稱]半填半挖路基工程中，在多個觀測斷面設置了沉降觀測點，定期進行沉降觀測。將模擬得到的各觀測點沉降量與實際監(jiān)測沉降量進行對比，結(jié)果表明，模擬值與實測值在變化趨勢上基本一致，且大部分觀測點的模擬值與實測值誤差在可接受范圍內(nèi)。在某些特殊位置，如填挖交界處和地基條件復雜區(qū)域，由于實際工程中存在一些難以準確模擬的因素，如土體的不均勻性、施工質(zhì)量的差異等，導致模擬值與實測值存在一定偏差。但總體來說，有限元模擬能夠較好地反映半填半挖路基的沉降和應力分布規(guī)律，為路基的設計和分析提供了有效的手段。通過對模擬結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析，還可以進一步優(yōu)化有限元模型的參數(shù)設置和邊界條件，提高模擬結(jié)果的準確性。5.3現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析方法5.3.1監(jiān)測技術(shù)手段（水準儀、全站儀、沉降儀等）水準儀是路基沉降監(jiān)測中常用的儀器之一，其工作原理基于水準測量原理，通過提供一條水平視線，讀取豎立于觀測點上的水準尺讀數(shù)，來測定兩點間的高差，進而根據(jù)已知點高程計算觀測點的高程變化，從而得到沉降量。以微傾式水準儀為例，在使用時，首先將水準儀安置在合適位置，通過腳螺旋進行粗平，使圓水準氣泡居中。然后轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲清晰，松開固定螺旋，旋轉(zhuǎn)望遠鏡，通過照門和準星初步瞄準水準尺，擰緊固定螺旋。再轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準尺清晰地落在十字絲平面上，轉(zhuǎn)動微動螺旋，使水準尺的像靠于十字豎絲的一側(cè)。最后轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使水準管氣泡兩端的像符合，此時視線精確水平，即可讀取水準尺上的讀數(shù)。在某半填半挖路基監(jiān)測中，每隔一定時間使用水準儀對觀測點進行測量，通過多次測量數(shù)據(jù)對比，準確掌握了路基的沉降情況。全站儀是一種集光、機、電為一體的高技術(shù)測量儀器，它可以同時測量水平角、豎直角和距離，并通過內(nèi)置的計算程序，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出觀測點的三維坐標。在路基沉降監(jiān)測中，利用全站儀的坐標測量功能，定期測量觀測點的坐標，通過對比不同時期的坐標變化，計算出觀測點在水平和垂直方向的位移，從而得到沉降量。全站儀具有測量速度快、精度高、操作簡便等優(yōu)點，能夠適應復雜的地形和環(huán)境條件。在山區(qū)半填半挖路基監(jiān)測中，由于地形起伏較大，水準儀測量存在一定困難，全站儀則可以通過設置測站，靈活地對各個觀測點進行測量，準確獲取路基的沉降信息。沉降儀是專門用于測量土體沉降的儀器，常見的有電磁式沉降儀和振弦式沉降儀。電磁式沉降儀通過在土體中埋設沉降管和沉降磁環(huán)，利用電磁感應原理，當沉降磁環(huán)隨土體沉降時，電磁探頭能夠感應到磁環(huán)位置的變化，從而測量出沉降量。振弦式沉降儀則是利用振弦的固有頻率與所受拉力的關(guān)系，將沉降引起的位移變化轉(zhuǎn)化為振弦頻率的變化，通過頻率測量儀測量頻率，進而計算出沉降量。沉降儀具有測量精度高、穩(wěn)定性好、能夠長期監(jiān)測等優(yōu)點，適用于對沉降監(jiān)測精度要求較高的工程。在某高速公路半填半挖路基工程中，采用振弦式沉降儀對路基進行長期監(jiān)測，實時掌握了路基在施工和運營階段的沉降變化情況，為工程的安全評估和維護提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。5.3.2數(shù)據(jù)分析方法（時間序列分析、回歸分析等）時間序列分析是一種基于時間序列數(shù)據(jù)進行建模和預測的方法，在半填半挖路基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中具有重要應用。其基本原理是將沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)看作是隨時間變化的序列，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，揭示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和趨勢。常用的時間序列分析模型有ARIMA（自回歸積分滑動平均）模型等。ARIMA模型通過對時間序列數(shù)據(jù)的自相關(guān)函數(shù)和偏自相關(guān)函數(shù)的分析，確定模型的參數(shù)，從而建立預測模型。在某半填半挖路基沉降監(jiān)測中，收集了一段時間內(nèi)的沉降數(shù)據(jù)，運用ARIMA模型進行分析。首先對數(shù)據(jù)進行平穩(wěn)性檢驗，若數(shù)據(jù)不平穩(wěn)，則進行差分處理使其平穩(wěn)。然后計算數(shù)據(jù)的自相關(guān)函數(shù)和偏自相關(guān)函數(shù)，根據(jù)函數(shù)的特點確定ARIMA模型的階數(shù)。通過模型訓練和參數(shù)估計，建立了適用于該路基沉降預測的ARIMA模型。利用該模型對未來一段時間的沉降量進行預測，預測結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，驗證了模型的有效性，為路基的養(yǎng)護和維修提供了決策依據(jù)?；貧w分析是一種研究變量之間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計方法，在半填半挖路基沉降數(shù)據(jù)分析中，可以用于分析沉降量與各影響因素之間的關(guān)系，從而預測沉降發(fā)展趨勢。以多元線性回歸分析為例，其基本原理是建立沉降量（因變量）與多個影響因素（自變量）之間的線性回歸方程。在本研究中，將地基土壓縮性、填方材料壓實度、車輛荷載大小等作為自變量，路基沉降量作為因變量。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理和分析，運用最小二乘法估計回歸方程的參數(shù)，得到回歸方程。對回歸方程進行顯著性檢驗和擬合優(yōu)度檢驗，判斷方程的可靠性和擬合效果。在某半填半挖路基工程中，通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，地基土壓縮性和車輛荷載大小與沉降量呈顯著正相關(guān)，填方材料壓實度與沉降量呈顯著負相關(guān)。利用建立的回歸方程，根據(jù)各影響因素的變化預測路基沉降量的發(fā)展趨勢，為工程設計和施工提供了科學依據(jù)。六、差異沉降防治措施探討6.1設計優(yōu)化措施6.1.1合理的路基結(jié)構(gòu)設計在路基橫斷面設計方面，應充分考慮填方區(qū)與挖方區(qū)的銜接過渡，以減少差異沉降。對于填方區(qū)與挖方區(qū)的交界處，可設置寬度為3-5m的漸變過渡段。過渡段采用級配良好的碎石土作為填料，其顆粒組成應滿足一定的級配要求，通過合理的級配設計，使碎石土具有良好的密實度和穩(wěn)定性。在過渡段內(nèi)，設置多層土工格柵，土工格柵的間距為0.5-1m，通過土工格柵與土體之間的摩擦力和咬合力，增強土體的整體性和穩(wěn)定性，有效減小差異沉降。在某山區(qū)高速公路半填半挖路基設計中，通過設置漸變過渡段和土工格柵，使填挖交界處的差異沉降明顯減小，路面的平整度得到了有效保障。邊坡坡度的設計應綜合考慮土體性質(zhì)、路基高度、工程地質(zhì)條件等因素，以確保路基的穩(wěn)定性和沉降均勻性。對于填方邊坡，當填方高度小于8m時，邊坡坡度可設計為1:1.5；當填方高度在8-15m之間時，邊坡坡度宜為1:1.75，并在邊坡中部設置寬度為2m的平臺，平臺上鋪設土工布，防止雨水沖刷邊坡。挖方邊坡的坡度則根據(jù)挖方深度和土體的穩(wěn)定性確定，對于土質(zhì)挖方邊坡，當挖方深度小于5m時，邊坡坡度可為1:1；當挖方深度在5-10m之間時，邊坡坡度宜為1:1.25，并采用錨桿支護等措施增強邊坡的穩(wěn)定性。在某丘陵地區(qū)道路工程中，根據(jù)上述原則合理設計邊坡坡度，有效減少了路基的沉降變形，保證了路基的安全穩(wěn)定。6.1.2材料選擇與改良選擇合適的路基填料是減少差異沉降的關(guān)鍵。填方材料應優(yōu)先選用透水性好、壓縮性低、強度高的材料，如級配碎石、砂礫石等。級配碎石具有良好的透水性和力學性能，其顆粒級配應符合相關(guān)規(guī)范要求，通過合理的級配設計，使級配碎石在壓實后具有較高的密實度和強度。在某半填半挖路基工程中，填方區(qū)采用了級配碎石作為填料，其不均勻系數(shù)Cu不小于5，曲率系數(shù)Cc在1-3之間，通過嚴格控制壓實度，使路基的沉降量明顯減小，提高了路基的穩(wěn)定性。對于不良填料，如高液限黏土、粉質(zhì)土等，需要進行改良處理，以提高其工程性能。常用的改良方法包括摻加石灰、水泥等固化劑。在高液限黏土中摻加5%-8%的石灰，通過石灰與黏土之間的離子交換、火山灰反應等作用，改善黏土的物理力學性質(zhì)，降低其含水量，提高其強度和穩(wěn)定性。在粉質(zhì)土中摻加3%-5%的水泥，可增強粉質(zhì)土的黏聚力和內(nèi)摩擦角，減小其壓縮性。在某工程中，對高液限黏土采用摻石灰改良的方法，改良后的黏土壓縮系數(shù)降低了30%-40%，強度提高了2-3倍，有效減少了路基的差異沉降。六、差異沉降防治措施探討6.2施工控制措施6.2.1提高壓實質(zhì)量的方法在壓實設備選擇方面，應根據(jù)填方材料的性質(zhì)、填方厚度和工程規(guī)模等因素進行合理選型。對于粒徑較大的土石混合料填方，可選用重型振動壓路機，如YZ26型振動壓路機，其激振力大，能夠有效壓實粗顆粒材料。該型號壓路機的激振力可達400kN以上，在壓實土石混合料時，通過高頻振動使大顆粒相互嵌擠，提高填方的密實度。對于粉質(zhì)土或黏土等細粒土填方，可采用輪胎壓路機，如XP302型輪胎壓路機。輪胎壓路機通過多個充氣輪胎對土體施加壓力，壓力分布均勻，且具有揉搓作用，能夠使細粒土充分壓實，減少孔隙率。在實際施工中，應根據(jù)填方材料的具體情況，合理搭配不同類型的壓實設備，以達到最佳的壓實效果。壓實參數(shù)的控制是提高壓實質(zhì)量的關(guān)鍵。壓實遍數(shù)應根據(jù)填方材料的性質(zhì)和壓實設備的性能確定。對于土石混合料，一般需要碾壓8-10遍；對于粉質(zhì)土，碾壓遍數(shù)通常為6-8遍。在某半填半挖路基工程中，對土石混合料填方采用YZ26型振動壓路機進行壓實，先靜壓1-2遍，使填方表面平整，然后開啟振動碾壓6-8遍，最后再靜壓1-2遍收光，通過這樣的碾壓方式，填方的壓實度達到了設計要求。壓實速度也需要嚴格控制，過快的壓實速度會導致壓實效果不佳，一般振動壓路機的壓實速度控制在3-5km/h，輪胎壓路機的壓實速度控制在2-3km/h。此外，含水量是影響壓實效果的重要因素，施工前應通過擊實試驗確定填方材料的最佳含水量。在施工過程中，將填方材料的含水量控制在最佳含水量的±2%范圍內(nèi)，以保證