連霍高速公路路基加寬施工效果研究

1、連霍高速公路路基加寬施工效果研究作者：劉海軍郭呈周肖昭然摘要:以連霍高速公路加寬工程為實(shí)例,研究了該工程的加寬設(shè)計(jì)、施工方法,并對(duì)典型斷面的施工效果進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)新老路堤的沉降變形性狀以及新路堤地基處理方法進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞:高速公路加寬;處理方法;數(shù)值分析1引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)建設(shè)的高速發(fā)展,近十幾年來(lái)我國(guó)高速公路建設(shè)十分迅猛,地區(qū)之間交通量也急劇增加,已建的大部分四車(chē)道高速公路不能滿足日益增長(zhǎng)的交通運(yùn)輸需求,高度公路加寬工程順勢(shì)快速發(fā)展起來(lái),并逐漸成為我國(guó)公路建設(shè)所面臨的迫切需要解決的問(wèn)題。但是,高速公路加寬工程的理論研究明顯落后于施工。我國(guó)東部沿海省份高速公路加寬工程開(kāi)展較早,已有許

2、多研究者開(kāi)展了這方面的研究15,但這些高速公路大部分分布在軟土地區(qū),因此研究者主要開(kāi)展了這類土質(zhì)條件下的相關(guān)研究。河南省地處黃河中下游,含有大量的粉土、粉質(zhì)黏土夾層土;另一方面,由于地理?xiàng)l件限制,高速公路很有很大一部分為山區(qū)高填方地段,這些都與東部沿海高速公路加寬工程有很大不同。因此,研究高速公路加寬對(duì)區(qū)域土高填方路基的變形特性影響具有重要意義。本文結(jié)合連霍高速公路橫跨京廣鐵路兩側(cè)的高填方路基的工程,探討加寬工程施工技術(shù)及方法,并采用數(shù)值方法模擬施工效果,提出施工建議,便于今后類似工程的應(yīng)用。2工程概述2.1工程背景連霍高速橫跨京廣鐵路兩側(cè)的高填方路基,路基斷面在原有26m的路基的基礎(chǔ)上兩側(cè)各

3、加寬8m,加寬后路基寬度為42m。本文計(jì)算選取斷面路堤高度為13m,在新老路堤結(jié)合處,挖除表層種植土后采用原有坡率進(jìn)行新老路基拼接施工,考慮到新填路基對(duì)老路基附加沉降的影響,采用地基底部設(shè)碎石墊層+邊坡預(yù)應(yīng)力管樁,新老地基接合處均布設(shè)CFG樁的地基處理方法。2.2技術(shù)措施2.2.1開(kāi)挖臺(tái)階設(shè)計(jì)時(shí)考慮到原路面結(jié)構(gòu)底基層在原硬路肩處未貫通,理論上其承載力較低,而且通車(chē)后將成為正常的行車(chē)道,因此路面加寬時(shí),將原硬路肩的路面結(jié)構(gòu)部分挖除,然后在此處采用挖臺(tái)階的方式進(jìn)行路面加寬。鑒于原公路經(jīng)近十年的沉降,路基的密實(shí)度較高,穩(wěn)定性較好,為防止路基加寬施工期間影響道路行車(chē),為此路基拼寬采用挖初種植土后直接按

4、原有坡率進(jìn)行臺(tái)階式施工。首先對(duì)地表、原邊坡坡面進(jìn)行30cm厚清表處理,開(kāi)挖第一層臺(tái)階后,在回填土夯實(shí)、碾壓至原地表,然后進(jìn)行樁基施工,樁頂標(biāo)高低于地表25cm,便于施工。以后臺(tái)階開(kāi)挖依次進(jìn)行。3建立模型3.1計(jì)算模型本文選取1個(gè)典型斷面進(jìn)行模擬計(jì)算,根據(jù)對(duì)稱性,只選取路基中心右側(cè)部分建立計(jì)算模型,計(jì)算模型如圖1所示,根據(jù)實(shí)際情況,模型計(jì)算長(zhǎng)度右側(cè)為120m,計(jì)算深度取20m,計(jì)算寬度10m,邊坡坡度在8m以下為1:1.75,8m以上為1:1.5。3.2土體參數(shù)地基土的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。對(duì)于填土的處理,采用把填土當(dāng)作新增單元參加計(jì)算,將填土折算成等效結(jié)點(diǎn)荷載進(jìn)行計(jì)算,每層一次性填土0.8m

5、,每層填土的荷載在每個(gè)荷載步的第一個(gè)荷載子步瞬時(shí)加載完畢。3.3管樁及土工格柵按照設(shè)計(jì)施工要求的管樁和土工格柵布設(shè)進(jìn)行模擬計(jì)算。樁體單元可以模擬樁與土的相互作用。格柵單元可以模擬與土相互剪切作用,土工格柵按照從臺(tái)階內(nèi)緣鋪設(shè)至拓寬路基的邊坡處,并采用U型鋼筋釘固定。3.4邊界條件針對(duì)路堤拓寬的實(shí)際情況,對(duì)邊界條件作如下假定:地基底面固定x、y、z三個(gè)方向位移;縱斷面的兩側(cè)固定y方向的位移;路的橫斷面有左右兩個(gè)方向,由于高速公路是典型的軸對(duì)稱問(wèn)題,所以左側(cè)采用水平方向的位移約束,右側(cè)根據(jù)模型建立原則也采用水平位移約束;路堤上部為自由面,無(wú)約束。4模擬結(jié)果分析圖2沉降變形顏色帶從淺變深,表明數(shù)值絕對(duì)

6、值逐漸變大。沉降量在新路堤部分比較大,在老路堤部分影響比新路堤較小,為盆行沉降規(guī)律。沉降量最大值發(fā)生在新路肩位置,在遠(yuǎn)離新路堤的地表,發(fā)生了少量的隆起,符合新老路堤相互作用的機(jī)理。圖3表明,水平位移的最大值發(fā)生在新路堤的最外邊緣處,最小位移發(fā)生在老路堤中心處,中間變化連續(xù),影響范圍主要圍繞加寬路堤一定范圍內(nèi),超出一定的距離,水平位移變化很小,位移曲線變化連續(xù)。分別作計(jì)算斷面的路面沉降、路面的水平位移、地基表面的垂直位移、地基表面的水平位移如圖47所示。圖4表明:路面沉降規(guī)律為老路基沉降變化相對(duì)較小,而新路堤沉降變化相對(duì)比較大,這主要是由于新土基相對(duì)較軟,在新路堤荷載作用下,發(fā)生的沉降所致。路堤

7、中心沉降量最小,約2cm左右,最大沉降量發(fā)生在新路肩位置,沉降量約為8cm。圖5表明:在新路堤荷載作用下,新老路面的水平位移逐漸加大,但是新路堤的水平位移發(fā)展明顯大于老路堤的水平位移,新路肩的水平位移呈最大值,約為3.5cm。圖6表明:在新路堤的作用下,老路堤中心沉降量向兩端逐漸增大,對(duì)老路堤遠(yuǎn)端的影響相對(duì)最小,地基變形曲線呈“勺子”狀,最大沉降量發(fā)生在新老路堤結(jié)合處的位置,最大值約為7.5cm,老路中心的沉降量約為1.9cm。圖7表明:在老路地基部分,大約在20m以內(nèi),地基土體發(fā)生負(fù)向位移即地基土體向老路中心線方向移動(dòng),20m以后土體發(fā)生正向位移并且逐漸增大,在接近新路堤中心位置水平位移接近

8、0,其后又逐漸增大,符合路堤在加寬荷載作用下的變形機(jī)理。5結(jié)論本文針對(duì)實(shí)體加寬工程,進(jìn)行了加寬效果的數(shù)值模擬研究,研究結(jié)果表明:(1)路堤橫斷面上老地基處沉降量最小,整體上沉降呈現(xiàn)中間小,兩邊大;新路堤的沉降變化大于老路堤的變化,路肩處沉降呈最大值。水平位移逐漸增大,新路肩位置呈現(xiàn)最大值。(2)本工程施工技術(shù)及方法較好的控制了新老路基和地基的變形,變形量在規(guī)定范圍之內(nèi),地基處理效果較好。但需要加強(qiáng)新老結(jié)合處的地基處理,防止發(fā)生長(zhǎng)期變形問(wèn)題。今后也需加強(qiáng)加寬工程的長(zhǎng)期沉降和水平位移的監(jiān)測(cè)工作,以便檢測(cè)施工效果長(zhǎng)期工作能力。參考文獻(xiàn):1高翔,劉松玉,石名磊等.軟土地基上高速公路路基擴(kuò)建加寬中的關(guān)鍵問(wèn)題J.公路交通科技,2004,21(4):29-33.2賈寧,陳仁朋,陳云敏等.杭甬高速公路拓寬工程理論分析及監(jiān)測(cè)J.巖土工程學(xué)報(bào),2004,26(4):755-760.3章定文.軟土地基上高速公路擴(kuò)建工程變形特性研究D.南京: