公路拓宽工程复合地基处理新旧路基变形性状与影响因素研究

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1、公路拓宽工程复合地基处理新旧路基变形性状与影响因素研究　　摘要：本文通过建立有限元模型计算，分析了在软土地基上拓宽工程采用复合地基处理后新旧路基变形性状和影响因素关键词：软土本构模型、有限元、拓宽工程、地基附加应力、地基沉降变形中图分类号：TU4文献标识码：A在珠江三角洲地区已经建成使用的高速公路中，有相当一部分是建在软土地基上。软土具有天然含水量高、孔隙比大、透水性小，压缩性高、抗剪强度低等特点，其工程力学性质很差。对这些道路的拼宽会遇到较为复杂的问题，主要表现在新老公路的融合贯通、新老桥台的拼接组合和新老路堤的相互影响等沉降变形问题，为方便对老路拼宽变形特性理解，本文分析了新路直接

2、拼接在老路边坡时新老路基下地基的变形规律，建立这种“单纯”情况下的模型是为了更好地了解高速公路拼接新老路基变形性状。一、本文采用软土模型模拟软土地基，而其它刚度相对较大的土层采用Mohr-Coulomb模型。二、有限元模型的建立（1）基本假定7a、路堤沿纵向足够长，且路堤尺寸沿纵向保持不变；b、路堤双侧直接加宽，对称填筑在老路堤边坡外侧；c、地下水位位于地面下2m，固结理论采用Biot理论；d、路面荷载转化为25kPa均布于路堤表面。（2）边界条件地基计算深度取30m，宽度取80m，左边界为老路堤中心线，则竖向自由，水平约束，不排水；下边界为竖向和水平均固定，因为是细砂层，设为排水；右

3、边界为竖向自由、水平固定，不排水，上边界为竖向和水平均自由，排水。（3）计算断面和地基变形参数根据现场取得的地质资料和室内试验，得出以下计算断面地层分布图，见图1，表1为计算断面地层参数。图1计算断面地层分布图表1土层计算参数（4）填筑加载历程为了模拟老路基的先期固结，有限元的计算从老路基的填筑开始算起，由于拓宽前老路运营期已经达到10年，老路基的固结变形已基本稳定，且老路基中排水板的通水能力已经很小，因此分析中假定塑料排水板已经失效，渗透系数与原土体相同。在计算中，为模拟路基分层填筑，新路堤加载采用逐级加载的方式，加载后固结，然后再加载。7三、地基附加应力变化分析软土地基在老路堤荷载

4、作用下，主固结基本完成，沉降趋于稳定。但新路直接拼宽到老路后，软土地基将再次产生超孔压，下面我们来分析孔压、附加应力的变化。从图3中可以看出，在老路堤下面的软基中也有超孔压产生，主要集中在老路坡脚附近，新路产生的超孔压影响深度较深；新路产生的水平向附加应力在新路坡脚较为集中，其影响深度0～10m左右，反映了水平附加应力作用范围较浅；新路产生的垂直向附加应力集中在老路坡脚到新路路肩这一段；垂向附加应力在老路中心地基10m深度还有15kPa，说明老路受新路影响较大，将产生新的附加沉降；剪应力集中的地方在老路坡脚附近，剪应力将对新老路路基的变形产生重要的影响。图3.1（a）孔隙水应力图3.1

5、（b）水平附加应力图3.1（c）垂直附加应力图3.1（d）附加剪应力（图中应力单位：kPa，标尺单位：m）四、地表沉降变形7本文所依托工程原有路堤下软土地基采用堆载预压排水固结法加固，运营十年后进行拓宽改造。拓宽部分复合地基采用水泥搅拌桩，模量为E=200MPa，泊松比0.2，桩距2.0m，桩长12m，干容重为18kN/m3，湿容重为20kN/m3，渗透系数为1.2×10-6cm/s，处理范围为距离老路中心15m至新坡脚外侧。图4.2为填筑过程中地基变形情况，随着填高和固结的进行，老路中心开始沉降，到新路填筑10年后，沉降4.1cm，而新路荷载引起新路地基下最大附加沉降24.4cm，老

6、路附加沉降是新路的17.0％，可见新路填筑对老路基影响较大。沉降曲线在填筑期间随着填高的增加，沉降变化均匀，完工后路基发生较大的工后沉降，达到14.3cm，占总沉降量的58.6%，这是因为地基软土固结系数较小，固结稳定所需要时间长，在填筑阶段还远远达不到稳定状态，因此较大的沉降发生在完工后。老路地表水平位移在填筑初期会因为新路填筑轻微向老路中心，其后随着填高和固结的进行，新老路地基表面水平位移均向新坡脚方向，且位移量也逐渐增大，到新路填筑10年后，地基表面最大水平位移达到5.2cm，其中工后水平位移与施工期间产生的水平位移各占50%。7老坡脚位于拓宽部分形心左侧，在填筑初期，老坡脚断面

7、土层水平位移向老路中心方向，随着填筑高度的增加和路基固结发生，老坡脚断面土层位移方向逐渐向新坡脚方向发展，完工后最大水平位移达到1.8cm，工后10年达到4.7cm。新坡脚断面水平位移方向为高速公路外侧，随着填高的增加，水平位移逐渐变大，且最大水平位移始终发生在地下2m处，不随填高的影响。完工时最大水平位移为3.9cm，工后最大水平位移达到7.4cm。由此可见，随着填筑和固结的进行，新老路堤发生变形的趋势是整体向新坡脚发生“滑移”。图4.2（a