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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、施工方法,并對典型斷面的施工效果進(jìn)行數(shù)值模擬,對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 隨著國民經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)建設(shè)的高速發(fā)展,近十幾年來我國高速公路建設(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的交通運(yùn)輸需求,高度公路加寬工程順勢快速發(fā)展起來,并逐漸成為我國公路建
2、設(shè)所面臨的迫切需要解決的問題?! 〉?高速公路加寬工程的理論研究明顯落后于施工。我國東部沿海省份高速公路加寬工程開展較早,已有許多研究者開展了這方面的研究[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,由于地理條件限制,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
3、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?! ?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
4、地基處理方法。 2.2技術(shù)措施 2.2.1開挖臺階 設(shè)計時考慮到原路面結(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,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)行臺階式施工。3 首先對地表、原邊坡坡面進(jìn)行30cm厚清表處理,開挖第一層臺階后,在回填土夯實(shí)、碾壓至原地表,然后進(jìn)行
5、樁基施工,樁頂標(biāo)高低于地表25cm,便于施工。以后臺階開挖依次進(jìn)行。 3建立模型 3.1計算模型 本文選取1個典型斷面進(jìn)行模擬計算,根據(jù)對稱性,只選取路基中心右側(cè)部分建立計算模型,計算模型如圖1所示,根據(jù)實(shí)際情況,模型計算長度右側(cè)為120m,計算深度取20m,計算寬度10m,邊坡坡度在8m以下為1:1.75,8m以上為1:1.5?! ?.2土體參數(shù) 地基土的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。對于填土的處理,采用把填土當(dāng)作新增單元參加計算,將填土折算成等效結(jié)點(diǎn)荷載進(jìn)行計算,每層一次性填土0.
6、8m,每層填土的荷載在每個荷載步的第一個荷載子步瞬時加載完畢?! ?.3管樁及土工格柵 按照設(shè)計施工要求的管樁和土工格柵布設(shè)進(jìn)行模擬計算。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?! ?.4邊界條件 針對路堤拓寬的實(shí)際情況,對邊界條件作如下假定:地基底面固定x、y、z三個方向位移;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方向,由于高速公路是典型的軸對稱問題,所以左側(cè)采用水平方向的位移約束,
7、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?! D3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)。
8、 分別作計算斷面的路面沉降、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較小,而新路堤沉降變化相對比較大,這主要是由于新土基相對較軟,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?! D5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?! D6表明:在新路堤