高速公路填砂路堤拓宽加筋土工程施工支护结构的力学分析

论文摘要

随着国民经济的迅速发展,近几年来交通量不断增长,尤其是沿海发达地区交通量增长更为迅速。很多原有高速公路的通行能力已经不能满足通行要求,迫切需要对其进行加宽改造。目前我国高速公路拓宽工程主要集中在东部沿海地区,道路沿线经济发达,城镇化程度非常高,土地昂贵,拆迁费用高;在西部山区,由于沟多坡高等自然条件限制,路基加宽增加用地也遇到很大的困难,因此很多时候需要增加新填路基的坡度,采用原位拓宽的方式,从而不占用或少占用新用地。加筋土挡墙是原位拓宽的一种很好的方式。虽然我国在已完成的高速公路加宽工程积累了一些经验,但还没有成型的技术,由于相关研究成果大都建立在试验路基础之上,缺乏相应的理论支撑,因此,深入研究加筋土挡土墙在高速公路拓宽中的应用具有重要的理论意义和使用价值。本文以广佛雅瑶至佛开三堡段高速公路扩建工程为依托,研究在不征地或少征地前提下高速公路路基拓宽的可行性方案,针对项目中采用的加筋陡路堤方案建立有限元模型,进行数值分析。通过调研已建和在建的加筋土实体工程,分析总结了加筋路堤主要工程问题和病害特征。通过拓宽工程加筋土结构差异沉降容许值控制标准研究,分析了路基拓宽差异沉降的原因与控制幅度。数值计算表明在加筋土拓宽工程中,拓宽后新老路基的横坡变化率控制在0.25%能够满足路面功能性、结构性的要求。通过加筋挡土墙结构在高速公路拓宽工程中的适用性研究,研究了不同路堤高度、不同坡比的加筋土结构所能承受的最大地基沉降,以及所适用的地基压缩模量。为了满足加筋土拓宽中筋带的铺设长度,需要对原路基进行开挖,在东部沿海地区,相当一部分的高速公路路基是采用吹填砂进行形填筑的,为确保原吹填砂路基在开挖过程中的稳定性,本文进行了拓宽工程中原吹填砂路基边坡开挖方案分析。分析了不同开挖高度,不同桩径、不同嵌入深度、不同桩距等因素对挖过程中稳定性的影响。根据加筋土拓宽路基试验路段监测资料分析了拓宽后整个拓宽施工过程中路堤的稳定性,了解在新增荷载作用下路基下复合地基的应力和变形规律,了解新老路基之间的沉降规律和差异沉降,了解加筋挡土墙的工作性状和作用机理,了解路基土含水量的变化情况。通过有限元计算和试验段监测数据分析,对高速公路的加筋土拓宽工程特性进行了相关的研究,其中一些结果可以为加筋土拓宽工程设计提供一些建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外相关研究现状分析
• 1.2.1 国内外路基拓宽工程研究概况
• 1.2.2 加筋土实体工程调研
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 拓宽工程加筋土结构差异沉降容许值的控制标准研究
• 2.1 路基差异沉降机理分析
• 2.1.1 土体变形性质分析
• 2.1.2 差异沉降原因分析
• 2.2 基于路面功能的路基差异沉降控制标准
• 2.2.1 基于路面横坡要求的差异沉降控制
• 2.2.2 基于路面纵坡要求的差异沉降控制
• 2.2.3 基于路面平整度的差异沉降控制
• 2.3 基于路面结构的路基差异沉降控制标准
• 2.3.1 差异沉降对路面结构影响的分析方法
• 2.3.2 新老路基差异沉降分布模式
• 2.3.3 加宽工后老路路面结构要求分析
• 2.3.4 加宽工后新路路面结构要求分析
• 2.3.5 加宽工后不同路面厚度的路面结构要求分析
• 2.4 小结
• 第三章 加筋挡土墙结构在高速公路拓宽工程中的适用性研究
• 3.1 计算方法
• 3.2 计算模型的建立
• 3.2.1 计算假定
• 3.2.2 交通荷载的静力等效计算
• 3.2.3 模型尺寸与材料参数
• 3.3 沉降变形分析
• 3.3.1 4m 路堤的沉降变形分析
• 3.3.2 6m 路堤的沉降变形分析
• 3.3.3 8m 路堤的沉降变形分析
• 3.4 拓宽后路堤的稳定性分析
• 3.4.1 4m 路堤的塑性区开展与安全系数分析
• 3.4.2 6m 路堤的塑性区开展与安全系数分析
• 3.4.3 8m 路堤的塑性区开展与安全系数分析
• 3.5 小结
• 第四章 拓宽工程中原吹填砂路基边坡开挖方案分析
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 模型的假定
• 4.1.2 模型计算参数
• 4.2 吹填砂路基开挖自身稳定的临界高度
• 4.3 不同类型桩开挖支护效果分析
• 4.4 不同开挖高度的支护效果分析
• 4.5 不同桩径的开挖支护效果分析
• 4.6 不同嵌入深度在开挖支护的影响
• 4.7 不同桩间净间距开挖支护效果分析
• 4.8 不同土体参数在开挖支护的影响
• 4.9 小结
• 第五章 加筋土拓宽路基试验路段监测分析
• 5.1 加筋土挡土墙试验段工程概况
• 5.2 监测目的与内容
• 5.3 监测方案布置图
• 5.4 主要监测结果与分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与进一步工作
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 进一步分析的重点
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果