連霍高速公路路基加寬施工效果研究

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

中圖分類號(hào):U416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)07-0210-02

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，已有許多研究者開(kāi)展了這方面的研究[1~5]，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，而且通車后將成為正常的行車道，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，為此路基拼寬采用挖初種植土后直接按原有坡率進(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，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)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4~7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。

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