公路拓寬工程新老路堤相互作用影響分析

陸崢嶸

0 引言

老路從建設到運營,再到拓寬,往往已經過幾年甚至十幾年的時間。在建設期間,老路路堤的初始沉降就已經結束;在運營期間,在老路及車輛荷載的長期作用下,地基已趨于穩定。對拓寬段,從建設到運營期間,初始沉降、固結沉降及次固結沉降都將要發生;其中,初始沉降可以在建設期間完成,但固結沉降與次固結沉降是一個長期的過程,在運營期間將會繼續發生,這也是拓寬段與老路之間發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,使路面出現裂縫、破損、高差、行車不舒適等現象。

1 數值模型

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。根據工程勘察報告及土工實驗結果,模擬段的地基土層分布如表1所示。老路堤由于已經使用多年,認為其已完成固結,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

模擬計算中,不考慮地下水滲流固結,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彈塑性本構模型(參數如表1所示);2)邊界條件為地基底面固定約束,地基寬度外側水平向約束;3)認為老路堤下的地基固結變形均已完成;4)地基和路堤中的初始應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)路堤和路堤加固區內土體認為是均質各向同性彈塑性體;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。

通過計算路堤內的沉降,研究拓寬改建后新老路堤的不均勻沉降規律,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,根據不同拓寬寬度與差異沉降的對應關系,對上述點進行擬合,得出以下對數關系式:

其中,ΔS為路堤差異沉降;B為道路新拓寬寬度。

根據擬合關系式,對B求出二階導數得出:

因此,B—ΔS曲線逐漸趨于平穩,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濟寬度及需要采用的處治措施。

3 結語

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,最大值出現的位置沿著向遠離路肩的方向運動;2)在一定假設前提的基礎上,通過數值計算提出差異沉降—拓寬寬度關系式,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,是基于一定假設條件的前提下,獲得一定初步結論,還需要在今后的類似工程中結合工程實際的監測數據,做進一步的研究。

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