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例,研究了該工程的加寬設計、施工方法,并對典型斷面的施工效果進行數值模擬,對新老路堤的沉降變形性狀以及新路堤地基處理方法進行了研究。關鍵詞:高速公路加寬;處理方法;數值分析1引言隨著國民經濟和城鎮建設的高速發展,近十幾年來我國高速公路建設十分迅猛,地區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輸需求,高度公路加寬工程順勢快速發展起來,并逐漸成為我國公路建設所面臨的迫切需要解決的問題。但是,高速公路加寬工程的理論研究明顯落后于施工。我國東部沿海省份高速公路加寬工程開展較早,已有許

2、多研究者開展了這方面的研究15,但這些高速公路大部分分布在軟土地區,因此研究者主要開展了這類土質條件下的相關研究。河南省地處黃河中下游,含有大量的粉土、粉質黏土夾層土;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域土高填方路基的變形特性影響具有重要意義。本文結合連霍高速公路橫跨京廣鐵路兩側的高填方路基的工程,探討加寬工程施工技術及方法,并采用數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用。2工程概述2.1工程背景連霍高速橫跨京廣鐵路兩側的高填方路基,路基斷面在原有26m的路基的基礎上兩側各

3、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,在新老路堤結合處,挖除表層種植土后采用原有坡率進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,采用地基底部設碎石墊層+邊坡預應力管樁,新老地基接合處均布設CFG樁的地基處理方法。2.2技術措施2.2.1開挖臺階設計時考慮到原路面結構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構部分挖除,然后在此處采用挖臺階的方式進行路面加寬。鑒于原公路經近十年的沉降,路基的密實度較高,穩定性較好,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

4、原有坡率進行臺階式施工。首先對地表、原邊坡坡面進行30cm厚清表處理,開挖第一層臺階后,在回填土夯實、碾壓至原地表,然后進行樁基施工,樁頂標高低于地表25cm,便于施工。以后臺階開挖依次進行。3建立模型3.1計算模型本文選取1個典型斷面進行模擬計算,根據對稱性,只選取路基中心右側部分建立計算模型,計算模型如圖1所示,根據實際情況,模型計算長度右側為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。3.2土體參數地基土的物理力學參數如表1所示。對于填土的處理,采用把填土當作新增單元參加計算,將填土折算成等效結點荷載進行計算,每層一次性填土0.8m

5、,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。3.3管樁及土工格柵按照設計施工要求的管樁和土工格柵布設進行模擬計算。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緣鋪設至拓寬路基的邊坡處,并采用U型鋼筋釘固定。3.4邊界條件針對路堤拓寬的實際情況,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,所以左側采用水平方向的位移約束,右側根據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模擬結果分析圖2沉降變形顏色帶從淺變深,表明數值絕對

6、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,為盆行沉降規律。沉降量最大值發生在新路肩位置,在遠離新路堤的地表,發生了少量的隆起,符合新老路堤相互作用的機理。圖3表明,水平位移的最大值發生在新路堤的最外邊緣處,最小位移發生在老路堤中心處,中間變化連續,影響范圍主要圍繞加寬路堤一定范圍內,超出一定的距離,水平位移變化很小,位移曲線變化連續。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47所示。圖4表明:路面沉降規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,發生的沉降所致。路堤

7、中心沉降量最小,約2cm左右,最大沉降量發生在新路肩位置,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,對老路堤遠端的影響相對最小,地基變形曲線呈“勺子”狀,最大沉降量發生在新老路堤結合處的位置,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,地基土體發生負向位移即地基土體向老路中心線方向移動,20m以后土體發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

8、0,其后又逐漸增大,符合路堤在加寬荷載作用下的變形機理。5結論本文針對實體加寬工程,進行了加寬效果的數值模擬研究,研究結果表明:(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,新路肩位置呈現最大值。(2)本工程施工技術及方法較好的控制了新老路基和地基的變形,變形量在規定范圍之內,地基處理效果較好。但需要加強新老結合處的地基處理,防止發生長期變形問題。今后也需加強加寬工程的長期沉降和水平位移的監測工作,以便檢測施工效果長期工作能力。參考文獻:1高翔,劉松玉,石名磊等.軟土地基上高速公路路基擴建加寬中的關鍵問題J.公路交通科技,2004,21(4):29-33.2賈寧,陳仁朋,陳云敏等.杭甬高速公路拓寬工程理論分析及監測J.巖土工程學報,2004,26(4):755-760.3章定文.軟土地基上高速公路擴建工程變形特性研究D.南京: