高填方路基拓宽工程差异沉降的数值分析

论文摘要

近年来我国大部分地区交通量急剧增加，原有的四车道高速公路的通行已经不能满足要求，迫切需要把原有的高速公路拓宽为六车道或者八车道。软土地基上高速公路的拓宽工程必然涉及到新老公路的融合贯通、新老桥台的拼接组合、新老路堤的差异沉降、新老路堤的相互影响等问题。本文采用数值方法针对软土地基上高速公路拓宽工程中新老路堤的差异沉降和新老路堤的相互影响问题进行了系统的研究。本文全面回顾了国内外关于高速公路扩建工程的研究现状，对软土地基上高速公路拓宽工程中存在的主要问题进行了初步分析。在此基础上，对直接式拼接的路堤拓宽形式中，根据拓宽段是否采用无砂混凝土小桩后进行后处理两种情况，采用Drucker-Prager弹塑性有限元方法对新老路堤的相互作用机理进行研究，分析了加宽部分路堤填筑对老路沉降和侧向位移的影响，以及地基软土主要物理力学参数变化对老路沉降和侧向位移的影响。分析表明：加宽部分路堤的填筑将会使得老路中心下移，路肩点发生较大附加沉降，引起老路路肩与路中心间差异沉降的产生，极易导致对原路堤、路面的拉裂、明显加大路面横坡，降低道路等级。因此，必须采用合适的软基处理方案对加宽部分软基进行处理，降低拓宽部分对原有道路的影响程度；在拓宽工程中，对软土采用无砂混凝土小桩复合地基处理，采用Drucker-Prager弹塑性有限元方法分析了软基处理条件下加宽部分路堤填筑对老路沉降和侧向位移的影响，并分析了无砂混凝土小桩长度以及复合地基模量变化对对老路沉降和侧向位移的影响；分析表明：采用无砂混凝土小桩后处理技术能有效的减小对老路沉降和侧向位移的影响，并随着桩长以及复合地基模量的增加作用更加明显，取得研究成果如下：（1）加宽路堤荷载对邻近的、沉降已趋于稳定的老路基沉降变形影响显著。当填方路基高度较大时，附加荷载引起的老路路表横坡比变化可能大于规范允许值。此时应采取一定的软基处理措施和拼接措施，以消除、减少沉降差的产生。（2）软弱土层模量变化对路基顶面最大沉降量和差异沉降量影响程度较大，土层模量越大，路基地表的最大沉降量越小，横向差异沉降量也越小。（3）随着拓宽宽度的增加，中心线位置地表的沉降量略有减小，但原路基最大沉降量有所增大。（4）设置无砂混凝土小桩对新老路基竖向沉降变形的控制作用明显，可显著减小原路堤的最大沉降量，降低路表横坡比。（5）随着无砂混凝土小桩桩长的增加，对新老路基竖向沉降改善作用增加，当桩体贯穿软土层时作用更加明显，可以大大减少加宽工程对老路横坡比改变量，并可有效的减小了路基的水平位移，且最大值有所减小。（6）通过改变处理区域的复合地基模量不能有效地减小竖向位移量和侧向位移量。（7）高填方路基后处理技术在加速地基固结变形速度，缩短沉降稳定时间以及有效减少工期等方面均较先处理技术具有显著的技术优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 差异沉降产生的原因及组成
• 1.3 高速公路拼宽方式和特点
• 1.4 国内外高速公路加宽工程研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 无砂混凝土小桩后处理高填方路基的机理研究
• 2.1 应力路径法的基本概念
• 2.2 无砂砼小桩后处理高填方软土路基的固结过程分析
• 2.3 无砂砼小桩后处理高填方软土路基的处理机理
• 2.4 无砂混凝土小桩复合地基理论综述
• 第3章 高速公路拓宽工程的有限元分析方法
• 3.1 概述
• 3.2 土的本构关系和有限元分析
• 3.3 无砂混凝土小桩复合地基有限元分析
• 第4章 拓宽后新老路堤相互作用的数值模拟
• 4.1 概述
• 4.2 加宽部分路堤填筑对原有路基的影响
• 4.3 本章主要结论
• 第5章 无砂混凝土小桩后处理拓宽路基的变形特性
• 5.1 传统方法技术现状与存在问题
• 5.2 新技术思路
• 5.3 无砂混凝土小桩后处理拓宽路基变形特性
• 5.4 本章主要结论
• 第6章 主要结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步工作的建议
• 参考文献
• 致谢