高速公路拓宽路基差异沉降控制技术的分析,该文是高速公路论文范文素材跟路基和沉降和高速公路有关论文范文素材.
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前言
随着我国国民经济的快速发展,人们物质生活水平不断提高,私家车数量逐年上升,为道路交通带来了沉重负担.许多公路已经出现交通量饱和的态势,难以为市民的出行提供优质、快捷的服务.因此近几年来高速公路改扩建工程也越来越多,以满足人们的出行需要.目前高速公路改扩建工程多数采用老路加宽的改扩建方案,新老路基的差异沉降问题已经成为高速公路改扩建工程的技术难点,许多控制技术都没有达到预期效果,容易导致工程竣工投入使用后出现路面纵向开裂等严重问题.因此,对高速公路拓宽路基的差异沉降控制技术进行研究十分必要.本文将首先对拓宽路基的差异沉降问题进行全面分析.
一、拓宽路基的差异沉降机理
目前国内高速公路改扩建工程使用最多的手段是在公路两侧进行对称拼接加宽,但由于新路基和老路基往往由较大施工时间差异,老路基的固结沉降和次固结沉降已经结束,地基趋于稳定.而新路基在建设过程中智能完成初始沉降,固结沉降和次固结沉降都需要一个较长的时间过程,所以就导致了新老路基的差异沉降.而且由于新路基是附加荷载,会在地基土中产生不均匀的附加应力,引起新的差异沉降,尤其是软土地基,影响更为严重.如果不能采取有效的控制技术措施,会因差异沉降问题导致老路面拉裂或新老路基拼接处开裂等严重问题.目前关于拓宽路基的差异沉降的研究主要是从应力与变形方面出发,对公路的拓宽宽度、软土厚度、路基模量等影响因素进行分析.对其影响因素考虑的不够全面,而且研究分析不够深入,因此难以找到有效的控制措施.
二、差异沉降特性及影响因素分析
(一)差异沉降特性
在高速公路拓宽前,老路基沉降分布主要表现为中间大、边缘小的半盆形,这表示最大竖向位移是在路中心处发生的,与一般新建路基沉降规律一致.但在路基拓宽后,老路基沉降分布发生了变化,并表现出先大后小的变化趋势,最终呈倒钟形分布.具体表现为老路基右侧沉降逐渐增大,在新路基下方达到最大值后逐渐缩小.在进行拓宽前,老路基坡脚下方的地基内水平位移达到最大值,在中心线处基本为零.拓宽后,新路基坡脚下方地基内水平位移达到最大值,地基土体水平位移处于拼接处分界,左侧靠近中心处,水平位移逐渐缩小,左侧靠近新路基坡脚处,水平位移逐渐增大.竖向应力的特点是,在拓宽前其最大值处于地基顶面处,并随地基深度增加而减小,在拓宽后最大值出现上升,并且在新路基地面中心附近移动.最大剪应力在拓宽后也出现上升,出现于老路基边坡下部,导致边坡容易出现坍塌,所以需要对边坡进行加固.
(二)影响因素分析
差异沉降的影响因素主要包括高速公路的拓宽宽度、路基高度、新路基的各项参数、地基弹性模量等.在高速公路改扩建工程中,单侧拓宽的车道数量可能从1~4 道不等.其路基表面沉降呈先增大后减小的变化趋势,而且新路基沉降远大于老路基附加沉降.拓宽宽度越大,最大差异沉降值越大.地基表面的水平位移也随着拓宽宽度的增加和增大,所以拓宽宽度对差异沉降由较大影响,一般拓宽2 个车道为宜.
路基高度对新老路基的差异沉降也有较大影响,取2~8m 对路基高度的影响进行分析,随着路基高度的增加,路基表面的沉降最大值随之增加,差异沉降值也逐渐增大.所以在满足最小填土高度的前提下对路基高度进行控制,可以有效降低差异沉降的影响.
新路基参数主对差异沉降的影响主要从土体黏聚力、摩擦角、弹性模量以及重度等方面进行研究.在不同的新路基土体黏聚力下,路基表面沉降的数值基本相同,因此土体黏聚力对路基形变基本没有影响.对摩擦角的研究分别取10° ~40°四种情况,其路基表面沉降也不发生变化,因此,摩擦角对路基形变也基本没有影响.在研究路基弹性模量对差异沉降的影响中发现,随着弹性模量的增加,老路基顶面沉降不变,但新路基顶面沉降变小,不过变化幅度较小.说明弹性模量对其影响较小.土体重度则对新老路基的差异沉降由较明显影响,随着土体重度的增加,地基表面沉降也逐渐增加,地基表面水平位移逐渐增大.
地基弹性模量对新老路基差异沉降由较大影响,随着地基弹性模量的增加,路基表面沉降逐渐减小,新老路基的差异沉降也呈减小趋势.因此,提高地基弹性模量也是控制差异沉降的有效措施.
三、高度公路拓宽路基的差异沉降控制技术
通过上述分析可知,新老路基差异沉降的主要影响因素是地基沉降,因此采取符合地基处置技术是差异沉降控制的可行技术.预应力管桩复合地基由于其成桩速度快、质量高、耐久性卓越、承载力高等特点成为拓宽路基差异沉降控制技术的优先选择.其控制效果主要受两方面因素影响,一是桩体自身因素,包括长度、间距、模量等,二是桩体和桩间土的作用关系,包括垫层刚度、土工格栅刚度等.
桩间距是影响其加固效果的重要因素,分别取2m、2.5m 和3m 对桩间距的影响进行研究.结果表明,2.5m 的桩间距对降低拓宽路基差异沉降的效果最好,因此在使用预应力管桩复合地基进行差异沉降控制时,桩间距应选择2.5m.
桩模量对差异沉降的控制效果也有较大影响,在2.5m 桩间距下,分别以20GPa、40GPa 和60GPa 的桩间距进行计算,结果表明,桩模量越大,降低沉降效果越明显,降低幅度不大.出于对工程造价的考虑,桩模量取20GPa 即可.桩体长度对其控制效果也有一定影响,随着桩体长度的增加,差异沉降有所下降,但下降幅度不大,一般桩体长度取8m 即可.
垫层材料的刚度变化对控制差异沉降的效果有一定影响,随着垫层材料模量的增加,差异沉降有所下降,呈线性较少趋势.但是差异沉降下降的效果并不明显,一般垫层材料模量只要达到10MPa 即可.格栅材料的刚度变化对差异沉降控制效果的影响也不明显.随着格栅材料模量的增加,差异沉降缓慢下降,当增加至一定程度后,其减幅效果逐渐减弱.因此,一般要求格栅材料的模量达到2GPa 即可,其差异沉降的最小值就能小于控制指标.
四、结束语
总而言之,新老路基的差异沉降问题已经成为高速公路改扩建工程的主要技术问题,必须采取有效的控制措施,避免出现公路开裂等严重问题.本文主要分析了拓宽路基的差异沉降机理和影响因素,从而提出几点控制措施,着重介绍了预应力管桩复合地基的使用,希望能为差异沉降控制提供参考.
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