旧路拓宽地基差异沉降形成机理及控制对策

依托沪宁高速公路(上海段)拓宽工程,选取典型断面,应用分层总和法进行特征点位的地表总沉降和差异沉降计算,并与有限元计算结果进行比较,确认分层总和法适用于旧路拓宽沉降计算。基于分层总和法的基本原理,针对道路拓宽工程的荷载形式,综合分析初始自重应力场、一次附加应力场和二次附加应力场的分布特征,以及应力水平与压缩模量的关系,指出一次附加应力和二次附加应力相向增长的叠加效应是导致旧路边坡区域浅层地基差异沉降显著的主要原因,土层压缩性高是导致深层地基差异沉降的主要原因。结合道路拓宽工程的施工特点,指出旧路路面区域饱和软土层差异沉降控制应通过新路拓宽区域地基处理改变其二次附加应力场分布,降低二次附加应力水平,减小总沉降量以控制差异沉降。     

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。     

不对称荷载作用下路面纵向开裂的影响分析

由于作用在道路上的荷载不对称性,荷载大的一方,其产生的附加应力不仅加速了地基沉降速率,而且产生了一定的附加沉降,致使道路产生不均匀沉降,从而导致道路裂缝的产生。本文采用钻孔取芯、落锤式弯沉仪(FWD)、地质雷达(GPR)等检测方法分别对路面、路基的内部情况进行了检测,并结合沉降测量与计算结果,对不对称荷载作用下的路面纵向裂缝产生原因进行了分析研究。     

高速公路拓建中不均匀沉降对路面拼接的影响分析

在高速公路拓建工程中，由于新、老路基的固结程度不同，已拓宽的路面在开放交通后一段时间内，新路基产生的自然固结沉降，会在拼接路面结构中产生较大的附加应力，导致新老路面拼接处极易形成纵向裂缝。通过有限元分析计算，研究了不均匀沉降形态对拼接路面结构的受力影响及面层松弛效应对拼接路面结构的受力影响。并计算不同松弛程度下不均匀沉降在拼接路面中产生的附加应力，揭示了基层顶面可能先产生开裂的特殊破坏形态。     

液态粉煤灰在道路拓宽工程中的应力应变分析

液态粉煤灰是一种轻质材料,常用于道路拓宽工程。对于道路拓宽而言,最为重要的就是系统分析路基整体的受力与变形特性,保证路基拓宽以后的整体稳定与安全。本文结合实际工程,用ANSYS软件对新旧路基的应力应变特征进行了系统的分析,探讨了液态粉煤灰用于道路拓宽工程时的受力与变形特性影响规律,研究结果表明:液态粉煤灰因质量轻和固结后形成较强的板体结构,对新旧路基交界面及地基的附加应力较小,整体稳定性很高,能够很好的缓解新旧路基间的不均匀沉降,提高道路拓宽工程质量。     

采动区土工格栅加强沥青路面力学性能研究

公路穿越采动区,地面将产生不均匀沉降,使路面结构产生附加应力,其值可能超过道路允许应力而导致路面结构破坏。为此提出了一种增强路面性能的路面结构--采动区土工格栅加强沥青路面结构。文中采用弹性力学理论推导出地表不均匀变形引起沥青路面结构附加应力的解析表达式;利用ABAQUS软件进行足尺数值模拟,研究了土工格栅在沥青面层不同位置时对路面抗变形能力的影响,以及与普通路面相比显著增强了抵抗变形的能力等。研究表明土工格栅加强沥青路面可减小路面的裂缝,从而降低路面的破坏几率。     

低交通量道路水泥混凝土路面的荷载应力分析

计算水泥混凝土路面结构的荷载应力通常采用荷载应力公式和有限元法。通过2种方法的比较发现,用于分析高等级道路的荷载应力时,二者一致性较好,但对于板体较薄的低交通量道路水泥路面结构,2种方法存在着较大的偏差。为了归纳总结出适用于低交通量道路水泥混凝土路面荷载应力分析的表达式,必须以低交通量道路典型路面结构为研究对象重新进行分析研究。     

沪宁高速拓宽工程老路加铺利用的评价研究

基于拓宽工程新老路面结构寿命相协同的原则,对沪宁高速上海段拓宽工程既有道路结构所实施的加铺利用方案进行了结构承载能力评价。以弹性层状理论体系为基础,分别以弯沉和应力应变为评价指标,兼顾新老路面结构间存存的高差以及既有道路结构性能的现状,通过数据回归分析,分别提出了综合表征既有道路结构承载能力的弯沉评价方法,以及考虑各结构材料自身性能演化规律的两阶段评价方法,前者主要受控于未加铺前既有道路的性能,而新老路之间的高差对结果影响较小;后者主要受控于既有道路加铺后各结构层厚度和材料属性。上述两种评价方法弥补了一般意义上道路结构承载能力评价方法中没有考虑高差因素的不足,为拓宽工程合理加铺利用方案的制定提供了理论和实践依据。     

软土地段新旧路堤相互作用影响有限元分析

利用摩尔-库仑理想弹塑性有限元法,对软土地段高速公路的新建-运营-加宽-运营等全过程进行了模拟,分析了拓宽段作为附加荷载对老路路基、路面及地基的影响。分析结果:靠近老路中心一侧老路路面沉降逐渐减小,远离老路中心一侧沉降逐渐增大,相应横坡也发生变化;老路路面的水平位移有较大幅度的减小;老路最大沉降、最大水平位移、最大剪应力及最易发生病害的位置与拓宽前发生了较大变化;在老路反作用下,拓宽段的沉降、横坡变化、水平位移及最大剪应力的大小及位置也表现出与新建道路不同的特性。     

多年冻土地区沥青混凝土路面材料对结构附加应力的影响

多年冻土地区路面结构出现大量早期损坏,究其原因,与多年冻土地区独特的工程特点有直接关系。多年冻土地区路基的融沉变形使沥青混凝土路面结构层产生附加应力,其与荷载应力的综合作用,直接导致路面结构的破坏。采用有限元法,并将融沉变形简化为二次曲线,建立沥青混凝土路面结构的横向计算模型。计算分析了路面材料与基层底面附加应力的变化关系,并得出附加应力的主要影响参数,为多年冻土地区路面的结构设计提供依据。     

高速公路扩建工程中新路填筑对老路影响的参数分析

道路扩建中加宽路堤的填筑将会改变原有路堤及地基的应力场和应变场,引起老路的附加差异变形。采用弹塑性有限元参数分析方法探讨了不同加宽路堤宽度、不同软土层厚度、不同的新老路堤刚度比时加宽路堤的填筑对老路变形规律的影响。计算结果表明:拓宽路堤的填筑将会引起老路不同位置的过大附加差异沉降,导致路面横坡比改变值超过路面结构的容许值,从而引起路面结构性破坏和路面服务性能的降低。因此,必须采用合适的软基处理方案对加宽部分软基进行处理。     

过渡式沥青路面不均匀沉降的附加应力计算

在软土地区修建高等级公路遇到的主要问题包括路基的沉降和稳定性,以及由于路基工后沉降和工后不均匀沉降过大造成的沥青路面早期损坏问题。过渡式路面能较好适应路基不均匀沉降未稳定的路况需要,但路面开裂现象在早期较为明显。通过分析不均匀沉降对路面带来的附加应力,结合现行规范的路面结构计算,提出不均匀沉降引起的附加应力在路面结构计算的计算方法。     

路面结构在膨胀土路基增湿膨胀变形下的力学破坏分析

文中运用温度应力场理论分析了膨胀土路堤不均匀增湿变形,在此基础上对路面结构的力学响应进行分析,得到降雨条件下不同时刻路面结构中的附加应力,从而对降雨条件下膨胀土地区的路面破坏情况进行了分析。     

路面对路基强度及不均匀沉降的力学响应研究

路基强度和不均匀沉降对路面结构附加应力影响显著,是影响路面结构服役性能和使用寿命的重要因素,工程建设中,路面铺筑条件对路基沉降提出了要求。针对雄安新区高速公路长寿命路面结构形式,采用有限元数值模拟手段,定量和定性地分析了路基强度和路基不均沉降对路面结构附加应力的影响。研究结果表明：底基层层底受最大拉应力,路面表层受最大压应力,且均随着路基差异沉降的增加持续增大;当差异沉降范围内曲线过渡时,差异沉降率标准不具备普适性,在差异沉降率一定条件下,层底拉应力随着差异沉降范围的增加而逐渐减缓趋稳;路基路面接触模式对路面结构受力影响显著,当路基路面完全黏结接触时,路面结构底基层附加拉应力随路基模量的增加而增大,当路基路面完全光滑接触时,路面结构底基层附加拉应力不受路基模量的影响;路基路面完全黏结接触和路基路面完全光滑接触构建了路面结构受力分析的上、下限,根据现场路基模量、差异沉降范围和路面材料强度参数,提出可引起路面结构底基层层底拉裂的差异沉降率理论范围为0.29%～0.38%。该研究成果能够为提出满足高质量建设要求的路基强度标准和路基不均匀沉降标准提供理论依据。     

道路扩建工程中路堤拼接部力学特性研究

道路扩建工程中加宽路堤的填筑将会改变原有路基、路面的应力场和应变场,引起新旧路堤拼接部产生不均匀塑性累积变形和附加应力。文中研究了道路扩建工程中路堤拼接部力学特性。结果表明,道路加宽后路面最大剪应力出现在新旧路堤拼缝旧路侧1m左右的位置,最大横向拉应力出现在路堤中线位置。剪应力相对拉应力较小,应加强拼缝处的抗拉性能。道路加宽宽度越大,对地基和路堤的沉降影响越不利。道路扩建工程须重视拼接部位地基和路堤不均匀沉降及其引发的病害,并采取适当的措施予以解决。     

新老路基工后差异变形对路面结构的影响

路基拓宽工程中相关病害的发生与新老路基间的工后差异变形有着直接的关系,通过有限元数值模拟和室内足尺试验,对沥青路面在路基差异变形下的结构响应进行了深入分析,为相关工程设计方法的建立提供重要的理论依据和技术支持。理论分析表明,较小的路基不协调变形足以使沥青混凝土路面在路面结构中产生较大的附加应力,应力级位明显上升。室内足尺试验研究表明,在发生路基不协调变形后,新路基处的沥青路表当量回弹模量和疲劳寿命均有不同程度的下降。     

路面冻胀开裂热-应力耦合分析

为了更有效防治季节性冰冻地区道路病害,对路面冻胀开裂力学机理进行了研究。通过对路面冻胀开裂病害现象的调查分析,指出半刚性基层冻胀是道路冻温开裂病害发生的重要因素之一;建立了道路结构热-应力有限元模型,对路面在半刚性基层冻胀作用下的力学响应进行了计算与分析,提出了基于基层冻胀的路面劈裂破坏理论;通过对路面开裂判据应力计算,分析了路面冻胀开裂对冻温材料力学性能变化的敏感性。结果表明,基于半刚性基层冻胀的路面劈裂破坏理论,能够更合理地解释路面冻胀开裂现象;半刚性基层的冻胀性能以及路面材料的强度特性,均对路面冻胀开裂有较大的影响作用。     

软基差异沉降对夹层路面结构的影响分析

软土地基上路基的不均匀沉降变形加速了沥青路面结构的早期破坏;由于国内90%以上的高速公路都是常规的半刚性基层沥青路面结构,不能很好地消散不均匀沉降产生的附加应力,因此有必要提出新的适应软土地基上的路面结构形式。依托淮盐高速公路中设有级配碎石夹层结构的试验段,采用ABAQUS非线性有限元分析了该路面结构在不均匀沉降时的底基层和应力控制层层底的附加应力。结果表明,不均匀沉降增大时,底基层和应力控制层的水平向附加应力都呈线性增大;底基层厚度一定时,底基层模量越大,其层底拉应力越大,而应力控制层水平向附加应力明显减小,但是底基层厚度不宜太厚;相对于半刚性基层路面,设有级配碎石夹层结构的路面有更大的强度储备,更能适应软基不均匀沉降。所得结论对今后软土地基上的路面结构设计有一定的指导意义。     

冻土地区路基融沉变形对沥青路面结构的影响

采用有限元方法建立了路基发生融沉变形时沥青路面结构的轴对称计算模型,将融沉变形分别简化为二次曲线和余弦曲线,分析了融沉变形对最大拉应力点位的影响,重点讨论了融沉盆形状、半径、融沉深度等因素对沥青路面结构面层和基层最大拉应力的影响。结果表明:路基的不均匀融沉变形在路面结构面层顶面产生拉应力,成为面层破坏的主要原因;在基层底面产生较大的附加应力,将会造成基层开裂,因此在多年冻土地区的路面设计中应考虑附加应力的影响。     

土工格室柔性搭板在山区高速公路改扩建工程中的应用

山区高速公路旧路拓宽改建后,在新旧路基衔接位置处容易产生纵向裂缝,其主要原因是由于新旧路基不均匀沉降引起的路面结构层内附加应力超过了材料的抗拉强度或界面强度。文章依托实际工程通过对实际路基的改扩建方式进行数值计算及现场实测结果的对比分析,研究结果表明采用土工格室柔性搭板技术处治山区高速公路的旧路基加宽是合理可行的。