公路拓寬工程新老路堤相互作用影響分析

陸崢嶸

0 引言

老路從建設(shè)到運營,再到拓寬,往往已經(jīng)過幾年甚至十幾年的時間。在建設(shè)期間,老路路堤的初始沉降就已經(jīng)結(jié)束;在運營期間,在老路及車輛荷載的長期作用下,地基已趨于穩(wěn)定。對拓寬段,從建設(shè)到運營期間,初始沉降、固結(jié)沉降及次固結(jié)沉降都將要發(fā)生;其中,初始沉降可以在建設(shè)期間完成,但固結(jié)沉降與次固結(jié)沉降是一個長期的過程,在運營期間將會繼續(xù)發(fā)生,這也是拓寬段與老路之間發(fā)生差異沉降的根本所在,也使得新老路堤的沉降變形特性存在較大的差異,使路面出現(xiàn)裂縫、破損、高差、行車不舒適等現(xiàn)象。

1 數(shù)值模型

選取某公路拓寬軟土地基及加固工程為模擬對象。計算模型尺寸建立如圖1所示。根據(jù)工程勘察報告及土工實驗結(jié)果,模擬段的地基土層分布如表1所示。老路堤由于已經(jīng)使用多年,認為其已完成固結(jié),新拓寬部分①-5長度10 m,與原有路堤高度一致,同為5 m。

表1 土體參數(shù)

模擬計算中,不考慮地下水滲流固結(jié),并且在路堤表面施加18 kPa的均布荷載來模擬路面材料荷載和車輛行進荷載。進行分析時,本模型符合以下假定:1)路堤和路堤土體均采用Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型(參數(shù)如表1所示);2)邊界條件為地基底面固定約束,地基寬度外側(cè)水平向約束;3)認為老路堤下的地基固結(jié)變形均已完成;4)地基和路堤中的初始應(yīng)力場由地基土和老路堤土的自重形成,并將初始位移回位歸零;5)路堤和路堤加固區(qū)內(nèi)土體認為是均質(zhì)各向同性彈塑性體;6)本次模擬暫不考慮老路對地基的影響,仍按均一土層分布進行計算。

通過計算路堤內(nèi)的沉降,研究拓寬改建后新老路堤的不均勻沉降規(guī)律,并研究在不同情況下新老路堤的差異沉降,本文約定路堤中心線處與路肩處沉降差為差異沉降(以下同)。

2 計算結(jié)果分析

本文選取不同的拓寬寬度,考察不同拓寬寬度對路堤變形的影響,分別選取了10 m,15 m,20 m三種情況進行了計算。

從圖2中得知,新路堤寬度的增加引起路堤表面的沉降逐漸增大。圖中還表明沉降的最大值點有向外側(cè)移動的趨勢。

圖3為拓寬后,路面沉降變形曲線,從圖中可以明顯的看出在新老路交接處存在一定的差異沉降,主要原因為新老路堤固結(jié)度存在差異。

圖4是在不同拓寬寬度的情況下,新老路堤差異沉降的曲線,可知隨著拓寬寬度增加,差異沉降顯著的增加,根據(jù)不同拓寬寬度與差異沉降的對應(yīng)關(guān)系,對上述點進行擬合,得出以下對數(shù)關(guān)系式:

其中,ΔS為路堤差異沉降;B為道路新拓寬寬度。

根據(jù)擬合關(guān)系式,對B求出二階導(dǎo)數(shù)得出:

因此,B—ΔS曲線逐漸趨于平穩(wěn),及差異沉降在隨著道路拓寬寬度的增加逐漸趨于緩和,通過本公式可以大致推算道路拓寬時的經(jīng)濟寬度及需要采用的處治措施。

3 結(jié)語

1)不同拓寬寬度條件下,隨著拓寬寬度的增加,最大沉降值也隨之增大;隨著拓寬寬度的增大,最大值出現(xiàn)的位置沿著向遠離路肩的方向運動;2)在一定假設(shè)前提的基礎(chǔ)上,通過數(shù)值計算提出差異沉降—拓寬寬度關(guān)系式,可以看出隨著拓寬寬度的增加,差異沉降的變化趨于穩(wěn)定。

本文為新老路堤相互作用做了初步探討性的研究,是基于一定假設(shè)條件的前提下,獲得一定初步結(jié)論,還需要在今后的類似工程中結(jié)合工程實際的監(jiān)測數(shù)據(jù),做進一步的研究。

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