基于路面应力分析高速公路拓宽工程差异沉降控制标准

结合佛（山）开（平）高速公路拓宽工程,运用有限单元法分别模拟计算了高速公路拓宽工程新老路基发生差异沉降时沥青混凝土路面、水泥混凝土路面两种路面结构的应力状态,对差异沉降引起的路面结构层不同位置、水泥稳定碎石层中的附加拉应力和剪应力进行分析,并提出了新老路基差异沉降控制标准。     

新老路基强度不均匀性对拓宽路面结构影响分析

新老路基强度不均匀是公路改扩建工程中产生不均匀沉降,导致路面出现纵、横向裂缝病害的重要原因。研究了不同工程条件下,新老路基强度差异程度对路面结构层应力与变形的影响规律,正确认识新老路基强度不均匀性对路基路面的影响,合理确定新老路基强度差异值允许范围,为路堤拓宽工程的新老路基结合处治设计与施工提供科学依据。     

新老路基不协调变形模拟试验研究

道路拓宽工程中,新老路基之间的不协调变形是导致路基路面病害的根本原因,路基处治的核心是新老路基不协调变形的控制。在路基拓宽室内试槽试验中,采用在路堤底部预填一定厚度的易溶性化肥,再注水溶解的方法来模拟新老路基不协调变形的形成,并重点研究新老路共同作用层设置和路基加筋的作用。结果表明,设置一定厚度的新老路共同作用层可以明显减小新老路基的工后差异沉降;土工格栅加筋可以显著降低地基顶面所受的土压力,从而减小新老路基不协调变形。     

沈大高速公路改扩建工程路基加宽容许工后不均匀沉降指标研究

路基加宽工程中新老路基不均匀沉降会使路面结构受力状态发生显著变化,文章采用三维有限元方法,将新老路基不均匀沉降转换为结构层底脱空,进行多种不同脱空深度的路面结构力学分析。分析认为沈大高速公路路基加宽容许工后不均匀沉降差应在1.6cm以内,不均匀沉降坡比不大于0.4%时,沥青路面不产生结构性破坏。     

湿陷性黄土拓宽路基变形特性及强夯法处治效应模型试验

为揭示湿陷性黄土地区过湿拓宽路基变形破坏机理及强夯法处治效应,研制了离心场土工构造物变形测试系统,升级传感器电测手段,以浸水入渗条件下高速公路拓宽工程为研究载体,建立与实际应力相符的离心试验模型,通过试验得出了浸水增湿后拓宽路基的沉降变形特征和拓宽地基强夯处治效果。结果表明:拓宽路基坡脚处高含水量对拓宽黄土路基稳定性有显著影响,新路基坡脚水分聚集或地基内部水位上升导致黄土地基发生湿陷的条件成熟,在上部拓宽路基荷载的作用下,整个地基会发生整体或局部湿陷,进而引发整个拓宽新老路基脱节滑移;强夯法能很好地改善黄土地基的湿陷性,保证拓宽路基的整体稳定性。     

全风化花岗岩路基改扩建差异沉降处治分析

为研究不良地质下的路基改扩建工程差异沉降处治问题,以莲株高速改扩建工程为背景,考虑路基内部湿度场变化,并利用有限元软件ABAQUS分别建立不同处治方法下的全风化花岗岩区软土地段的拓宽路基有限元模型,结合位移云图及沉降变形曲线,分析在不同路基拼接技术处治下新老路基、新老地基、路面表面的沉降与侧向变形状况,探讨路基拓宽差异沉降分布。研究表明:拓宽路基沉降集中在施工期及工后1 a内;开挖台阶、铺设土工格栅以及对软土地基进行打桩加固处理能有效减小改扩建路基沉降且控制侧向变形和差异沉降。     

不同拓宽条件下新老路基不协调变形特征分析

道路拓宽工程中,新老路基不协调变形是导致路基路面病害的根本原因。选取某高速公路拓宽路基的典型断面,建立二维有限元数值模型进行分析。分析了在不同的拓宽方式、拓宽宽度、地基强度、修筑方式等拓宽条件下,新老路基顶面不协调变形曲线形态的规律及不协调变形的典型特征,并阐述了上述拓宽条件对于不协调变形特征的具体影响。探讨了导致新老路基不协调变形的内在原因,并针对部分不协调变形特征提出初步工程处治措施。通过室内路基模型模拟路基拓宽所造成的新老路基不协调变形,所获结果与数值模拟分析吻合。     

软土路基加宽的有限元分析

通过有限元分析了加宽荷载作用下软土地基的变形特性.结果表明:在新路堤作用下,地基产生附加沉降,采用CFG桩处理地基,能有效减小路基的附加沉降量以及新老路堤下路基的差异沉降;老路堤下的附加侧向位移矢量方向指向路堤内部,而新路堤下的侧向位移矢量方向指向路堤外侧;随着加宽宽度的增大,差异沉降在增大,附加沉降量的绝对值也在增大;老路堤坡面下地基处理范围增大,能有效地减小附加沉降值与差异沉降值.     

水泥混凝土路面下碎石层缓冲差异沉降前后力学分析

在碎石层缓冲路基差异沉降的基础上,分析了碎石层变形缓冲前后支撑模量的变化,并提出了有限元计算模型,计算了水泥混凝土路面在均匀支撑、有碎石层差异变形缓冲调节后、无碎石层完全脱空等3种支撑状态下的挠度及应力。根据模型计算结果发现,碎石层不但可以从变形上消除路基出现的差异沉降,而且可以减小路面结构在差异沉降发生时产生的附加应力。     

老路基抬高的公路拓宽工程变形特性数值分析

基于弹塑性有限元方法,对老路基抬高加宽这一新的拓宽方式下公路拓宽工程的变形特性进行了数值模拟分析.分析结果表明,与老路基不抬高直接加宽路基相比,老路基抬高加宽路基的路表沉降、路表水平位移和地基土侧向位移都要大得多.老路基顶面以上的路表沉降分布更为均匀;新路肩和老路中心处地基土固结速率间的差异较小.随着老路基抬高高度的增加,路表工后沉降从老路中心处最小变为新路肩处最小,工后出现负坡率.     

公路隧道下穿铁路路基的沉降行为研究

对公路隧道下穿铁路路基拓宽改造后新老路基的沉降行为和路面结构变形机制进行了研究。结果表明,公路隧道下穿铁路路基拓宽改造后的路径不同区域的路基沉降在位移达到16～20 cm时基本趋于稳定,柔性位移计监测得到的土工格栅位移伸缩量(约2 mm)远小于破坏极限值;加土工格栅对路基路面沉降效果影响较小,但是可以对基层的附加应变起到抑制作用,从而缓解差异沉降。无论是上面层、中面层还是下面层,无荷载、静荷载、动荷载和卸载后的应变都随着距离旧路基中心线距离的增加而先增加至峰值而后逐渐减小,且应变峰值都未出现在新旧路基连接处,而是在距离路基连接处约1 m位置。     

新旧地基不同固结程度对拓宽路基差异沉降的影响

为了解差异沉降对拓宽道路的影响,应用有限元程序建立了差异沉降的计算模型,从沉降和水平位移方面分析了新旧地基不同固结程度对高速公路拓宽路基的影响。结果表明,新旧地基的固结程度差异会影响沉降曲线的形状,尤其对差异沉降的影响较大。当新路基下地基压缩模量不变,改变老路基下地基压缩模量,最大差异沉降从8.89 cm减小至5.35 cm。但当老路基下地基压缩模量提高到15 M Pa以后,沉降的减小程度减弱。当旧路基下地基压缩模量不变,改变新路基下地基压缩模量,最大差异沉降从7.92 cm减小至3.23 cm。当新路基下地基压缩模量提高到10 M Pa时,沉降的减小最为明显,20 M Pa以后减小趋势变弱。     

软土地基上高速公路加宽的有限元分析

软土地基上高速公路加宽时,新老路基结合部会出现不均匀沉降、路面裂缝等病害,采用基于二维比奥(Biot)固结理论的平面应变有限元方法分析新路堤作为附加荷载对老路堤和地基的影响。分析结果表明,加宽后老路堤出现较大的差异沉降和横坡比改变,影响路面服务性能;老路堤靠近中心线除出现略微的向上和向内的移动;老路肩有向外的较大的水平位移,加宽改变了地基中剪应力的分布,可以根据孔隙压力变化情况近似将老路堤下地基分为稳定性不同的三个区域;新路堤的沉降明显大于老路堤的附加沉降,随着加宽宽度的增加,最大沉降的位置逐渐向外移动,呈现出一定的规律性,新路堤靠近坡角处出现较大的水平位移。     

道路扩建工程路面纵向裂缝产生和发展主要模式分析

拓宽的道路在开放交通后一段时间内,常会出现沿路线方向的纵向裂缝。有限元方法模拟差异沉降对路面结构影响分析表明,路面纵向裂缝产生的主要模式是水泥稳定碎石层上部最先破坏,产生微裂缝。随后,路面结构在差异沉降、交通荷载、温度变化影响下,裂缝的发展模式变得更复杂,常是几种因素的耦合作用导致路面层开裂。差异沉降型裂缝发展模式是由路面层顶自上而下发展,最终与水泥稳定层中的裂缝贯通,产生张拉破坏;荷载型裂缝发展模式由已经开裂的半刚性水泥稳定层,逐渐向上发展,导致沥青路面层开裂的剪切破坏;温度型裂缝发展模式是由温度变化引起材料收缩变形,以张拉破坏为主,裂缝发展由水泥稳定层中的微裂缝向上发展,引起沥青路面层开裂。     

高速公路拼接段EPS轻质路堤现场试验研究

针对在深厚软弱地基上进行高速公路的拼接拓宽工程,新老路基之间将会产生差异沉降的特点,基于理论分析和差异沉降控制标准的要求,提出采用EPS超轻质硬泡沫塑料作为路堤填料,以达到减小路堤荷载和控制新老路基间差异沉降的目的,并依托具体工程实例对EPS轻质路堤的沉降变形特性进行了现场试验研究,揭示了现场实际加载条件下EPS的压缩特性和地基竖向沉降、水平位移、不同深度处土体孔隙水压力的变化规律,在对实测资料进行理论分析的基础上,提出了高速公路拼接拓宽工程EPS轻质路堤的设计方法,并依据现场实践对设计施工要点进行了总结。实践表明,EPS显著改善拓宽路堤的受力特性,减小新老路基间的差异沉降,在设计施工中应解决好EPS块体密度、上覆层厚度的选择,路基排水和地下水位的控制、EPS材料质量检验和控制以及施工放样等问题。     

基于路基与框架结构协同变形的软弱地基处置方案

针对路基与结构协同变形考虑不足的情况,以填方路基中有框架结构的软弱地基为研究对象,利用Midas GTS NX有限元分析软件模拟钻孔灌注桩处置软弱地基的路面沉降和塑性区分布。考虑路基与框架结构的刚度差异容易导致路面开裂,提出了“外强内弱”的变刚度复合地基处置优化方案。优化方案协调了路堤与框架结构的协同沉降变形,有效地阻止了框架结构两侧土体的塑性区开展,降低了沥青路面结构层的开裂风险,减轻了后期的运营维护成本。     

沥青路面阻尼特征参数及路表动态弯沉盆分布特征研究

为解决沥青路面模量参数反演时有效动态理论弯沉盆数据获取问题,采用动力有限元数值分析方法,探讨了结构层材料阻尼参数的计算求解方法,建立了路基阻尼参数的预估分析模型,考察了测试荷载的动力效应以及层间非连续接触行为对路表动态弯沉盆的影响规律。研究结果表明:路基阻尼参数是影响路表动态弯沉分布的重要因素,并受路基模量的影响最为显著,而其他路面结构层参数对其影响可以忽略不计;FWD动静荷载作用下沥青路面路表弯沉盆的分布规律明显不同,相同的路面结构层间接触状态不同,路表弯沉盆的分布规律也存在着明显的差异;有效的结构层模量参数反演分析应充分考虑FWD测试设备的动力特性,以及路面层间实际接触条件。     

高速公路扩建工程路面施工对路基沉降的影响

软土地区高速公路拓宽路堤填土完成后,常采用等载预压来消除路面结构层荷载引起的软土层沉降.桩承式加筋地基承载力大,对软土处理效果好,等载预压的必要性值得讨论.以广三高速扩建工程为依托,在扩建工程路面结构层施工期间,对典型断面进行动态沉降监测.监测结果表明,路面结构层荷载对路基沉降的影响不大,新旧路差异沉降较小,工后沉降小于规范要求;在保证复合地基和路堤填土压实施工质量的前提下,采用路面等载预压方式预防路面结构层荷载引起拓宽路堤发生较大的沉降的必要性不大.     

新老路基拼接中差异沉降的数值模拟

以扩建中的沪宁高速公路为实例,运用FLAC3D程序对高速公路新老路基拼接中所产生的差异沉降问题进行了数值模拟分析,对拼接路基在荷载作用下的应力与变形特征以及差异沉降的发生过程进行了研究,讨论了路基的变形发展及应力的集中与分布情况。结果表明:新老路基的拼接部位是整个拓宽公路最薄弱的环节,水平应力和竖向应力都在拼接部位发生应力集中,最大沉降发生在新拓宽路基形心位置下方,采用台阶式拼接是一种控制新老路基差异沉降的有效方法。     

公路双侧拓宽差异沉降控制标准研究

建立了能够考虑路面、路基和地基相互作用的弹塑性有限元整体分析模型,通过路面结构在工后差异沉降下的力学响应分析,提出了高速公路双侧拓宽工程差异沉降控制标准,分析了差异沉降曲线形态、面层和基层厚度对差异沉降控制标准的影响.研究表明:差异沉降曲线呈马鞍形分布时,拓宽路基差异沉降控制标准为工后变坡率不超过0.3％;差异沉降曲线呈倒钟形分布时,拓宽路基差异沉降控制标准为工后变坡率不超过0.45％.差异沉降控制标准随函层或基层厚度的增加而减小,保持面层与基层厚度之和不变条件下增加面层或基层厚度,差异沉降控制标准数值不变.