路基拼接方式及寬度對差異沉降的影響

舒士琪

摘要：為了研討路基拼接形式以及寬度對于差異沉陷的影響，采用有限元剖析軟件ANSYS立路基沉陷分析模型，其中各項(xiàng)參數(shù)值依據(jù)安新公路拓寬工程項(xiàng)目的實(shí)際路基幅度、拓寬形式及水文地質(zhì)前提等等綜合狀況展開制訂。系統(tǒng)評價(jià)了單側(cè)加寬及雙側(cè)加寬兩種形式，在不同加寬幅度之下對于拓寬路基沉陷的影響、拓寬路基頂面最大差異沉陷的變動(dòng)及對于拓寬路基總體水平位移的影響。結(jié)果顯示對單側(cè)及單側(cè)加寬，隨著加寬幅度的增長，老路軸線沉陷漸漸增長，并且雙側(cè)加寬會(huì)使加寬路堤重量調(diào)配到舊路基頂部，極大地改善了新舊路基沉陷協(xié)調(diào)狀態(tài)，對于路面框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)有利。

關(guān)鍵詞：單側(cè)加寬;雙側(cè)加寬;路基沉降;最大差異沉降;路基水平位移

一、有限元計(jì)算模型的建立

（一）由于路基沉降影響因素的復(fù)雜性，綜合考慮計(jì)算簡化和計(jì)算精度的要求，現(xiàn)對計(jì)算模型進(jìn)行如下簡化和假定：

（1）按平面問題考慮，進(jìn)行二維有限元分析;

（2）土體為彈塑性材料，采用Drucker-Prager模型進(jìn)行模擬;

（3）新舊路基接觸面完全連續(xù)，且不發(fā)生滑移;

（4）邊界條件：地基底面為xy兩個(gè)方向完全約束，地基寬度兩側(cè)x向約束;

（二）關(guān)于模型簡化和假設(shè)的幾點(diǎn)說明：

（1）以往對路堤、隧道、水壩等無限長帶狀物體的研究，常常認(rèn)為不會(huì)沿延伸方向發(fā)生變形，可以簡化成平面應(yīng)變問題進(jìn)行分析。從宏觀上看路堤應(yīng)變是平面應(yīng)變問題，因此，在ANSYS有限元分析中采用板體plane42單元，plane42單元為空間4節(jié)點(diǎn)等參元。

（2）把地基和路基看作固結(jié)沉降已經(jīng)全部完成，在自身重力作用下不會(huì)再發(fā)生沉降，但在外力作用下將會(huì)再次發(fā)生沉降。因此，舊路堤在拓寬后的沉降完全是由于新路堤的作用力產(chǎn)生的。

（3）壓縮層厚度的確定。地基壓縮層厚度z。指路基下地基土體中，在荷載作用下發(fā)生壓縮變形的土層的總厚度，它的大小從路基底面算起，下限的深度按下式（2-1）確定：

若在zn范圍內(nèi)存在不可壓縮層（如堅(jiān)硬巖層），則應(yīng)把該層頂面視為壓縮下限;若按式（2-1）計(jì)算確定的壓縮層厚度以下仍存在十分軟弱的土層，其壓縮變形仍不可忽視，則宜適當(dāng)加大zn的深度，計(jì)算其壓縮沉降量。

二、拼接方式及寬度對差異沉降的研究

（一）單側(cè)加寬

依照上述的計(jì)算分析模型，結(jié)合實(shí)體工程項(xiàng)目，取路基高度為4m，邊坡為1：1.5，新路基填料抗壓位移模量為40Mpa，舊路基抗壓位移模量為50Mpa，地基縮減模量為4Mpa，當(dāng)單側(cè)加寬幅度為4m、8m、12m、16m，即分別對應(yīng)一個(gè)車道、兩個(gè)車道、三個(gè)車道及四個(gè)車道時(shí)對于拼接路基的影響

應(yīng)由見圖3-3可以想見，對單側(cè)加寬，隨著加寬幅度的增長，老路軸線沉降漸漸增長。應(yīng)由原先的四車道變動(dòng)到五車道、六車道、七車道、八車道時(shí)候，老路軸線附加沉降也很小，然而沉降態(tài)勢先減小而后增大。隨著拼接幅度的增長，在增長的幅度不太大時(shí)新加寬部分對于老路軸線處的影響要變大，但是當(dāng)拓寬幅度很大時(shí)候沉降態(tài)勢也漸漸增大。

當(dāng)拼接間距小于12m時(shí)候，沉降最大值發(fā)生在路基邊際;當(dāng)間距增長至12m之后，沉降最大值發(fā)生位置出現(xiàn)了變動(dòng)，而是不太發(fā)生在新路基邊際，而在路基邊際依靠外側(cè)3m即硬邊溝中間位置，即拼接間距在12m以上，路基頂面的沉降也開始增大，還就是在拼接部分路基頂面發(fā)生反坡。當(dāng)拼接間距很大時(shí)候，拼接路基頂面的反坡亦難在降雨時(shí)候發(fā)生積水現(xiàn)象，導(dǎo)致空氣侵害而是影響路面的選用基本功能。

（二）雙側(cè)加寬

計(jì)算分析模型與計(jì)算參數(shù)值同單側(cè)拼接，因?yàn)槁坊蕦ΨQ框架結(jié)構(gòu)，取一半路基計(jì)算，雙側(cè)加寬時(shí)候拼接間距分別為4m、8m、12m、16m、24m時(shí)對于拼接路基的影響，調(diào)配到頂部，亦每側(cè)加寬分別為2m、4m、6m、8m、12m，分別對應(yīng)加寬一個(gè)車道、兩個(gè)車道、三個(gè)車道、四個(gè)車道及六個(gè)車道。

當(dāng)拼接4m時(shí)，新舊路基最大差異沉降為3.11cm，而當(dāng)拼接路基拓寬寬度從4m增加到8m時(shí)，最大差異沉降增加到6.19cm，增加值為3.08cm;當(dāng)拼接寬度從8m增加到12m時(shí)，最大差異沉降增加到8.78cm，增加了2.59cm;當(dāng)拼接寬度從12m增加到16m時(shí)，最大差異沉降增加到11.47cm，增加了2.69cm;當(dāng)拼接寬度從16m增加到24m（增加8m）時(shí)，最大差異沉降增加到15.01cm，增加了3.54cm?？傊?，隨著拼接寬度的增加，新舊路基最大差異沉降逐漸增大。

三、結(jié)論

（一）對于單側(cè)和雙側(cè)加寬，隨著加寬寬度的增加，老路中線沉降逐漸增加。

（二）通過對比單側(cè)加寬和雙側(cè)對稱加寬，對于相同的拼接寬度，雙側(cè)加寬能使得加寬路堤重量分配到舊路基兩側(cè)，極大地改善了新舊路基沉降協(xié)調(diào)狀態(tài)，對路面結(jié)構(gòu)的受力有利。

（三）雙側(cè)拼接可以減少拼接所需土石方量。但是，雙側(cè)拼接也加大了工程的施工難度和費(fèi)用，并給施工期間開放交通的管理帶來一定困難。

（四）在公路單側(cè)拼接過程中應(yīng)限制拼接寬度，建議拼接8m，即拼接2車道為宜。