摘 要:以连霍高速公路加宽工程为实例,研究了该工程的加宽设计、施工方法,并对典型断面的施工效果进行数值模拟,对新老路堤的沉降变形性状以及新路堤地基处理方法进行了研究。

　　1引言

　　随着国民经济和城镇建设的高速发展,近十几年来我国高速公路建设十分迅猛,地区之间交通量也急剧增加,已建的大部分四车道高速公路不能满足日益增长的交通运输需求,高度公路加宽工程顺势快速发展起来,并逐渐成为我国公路建设所面临的迫切需要解决的问题。

　　但是,高速公路加宽工程的理论研究明显落后于施工。我国东部沿海省份高速公路加宽工程开展较早,已有许多研究者开展了这方面的研究[1~5],但这些高速公路大部分分布在软土地区,因此研究者主要开展了这类土质条件下的相关研究。河南省地处黄河中下游,含有大量的粉土、粉质黏土夹层土;另一方面,由于地理条件限制,高速公路很有很大一部分为山区高填方地段,这些都与东部沿海高速公路加宽工程有很大不同。因此,研究高速公路加宽对区域土高填方路基的变形特性影响具有重要意义。本文结合连霍高速公路横跨京广铁路两侧的高填方路基的工程,探讨加宽工程施工技术及方法,并采用数值方法模拟施工效果,提出施工建议,便于今后类似工程的应用。

　　2工程概述

　　2.1 工程背景

　　连霍高速横跨京广铁路两侧的高填方路基,路基断面在原有26m的路基的基础上两侧各加宽8m,加宽后路基宽度为42m。本文计算选取断面路堤高度为13m,在新老路堤结合处,挖除表层种植土后采用原有坡率进行新老路基拼接施工,考虑到新填路基对老路基附加沉降的影响,采用地基底部设碎石垫层+边坡预应力管桩,新老地基接合处均布设CFG桩的地基处理方法。

　　2.2 技术措施

　　2.2.1 开挖台阶

　　设计时考虑到原路面结构底基层在原硬路肩处未贯通,理论上其承载力较低,而且通车后将成为正常的行车道,因此路面加宽时,将原硬路肩的路面结构部分挖除,然后在此处采用挖台阶的方式进行路面加宽。鉴于原公路经近十年的沉降,路基的密实度较高,稳定性较好,为防止路基加宽施工期间影响道路行车,为此路基拼宽采用挖初种植土后直接按原有坡率进行台阶式施工。

　　首先对地表、原边坡坡面进行30cm厚清表处理,开挖第一层台阶后,在回填土夯实、碾压至原地表,然后进行桩基施工,桩顶标高低于地表25cm,便于施工。以后台阶开挖依次进行。

　　3建立模型

　　3.1计算模型

　　本文选取1个典型断面进行模拟计算,根据对称性,只选取路基中心右侧部分建立计算模型,计算模型如图1所示,根据实际情况,模型计算长度右侧为120m,计算深度取20m,计算宽度10m,边坡坡度在8m以下为1:1.75,8m以上为1:1.5。

　　3.2 土体参数

　　地基土的物理力学参数如表1所示。对于填土的处理,采用把填土当作新增单元参加计算,将填土折算成等效结点荷载进行计算,每层一次性填土0.8m,每层填土的荷载在每个荷载步的第一个荷载子步瞬时加载完毕。

　　3.3 管桩及土工格栅

　　按照设计施工要求的管桩和土工格栅布设进行模拟计算。桩体单元可以模拟桩与土的相互作用。格栅单元可以模拟与土相互剪切作用,土工格栅按照从台阶内缘铺设至拓宽路基的边坡处,并采用U型钢筋钉固定。

　　3.4 边界条件

　　针对路堤拓宽的实际情况,对边界条件作如下假定:地基底面固定x、y、z三个方向位移;纵断面的两侧固定y方向的位移;路的横断面有左右两个方向,由于高速公路是典型的轴对称问题,所以左侧采用水平方向的位移约束,右侧根据模型建立原则也采用水平位移约束;路堤上部为自由面,无约束。

　　4模拟结果分析

　　图2沉降变形颜色带从浅变深,表明数值绝对值逐渐变大。沉降量在新路堤部分比较大,在老路堤部分影响比新路堤较小,为盆行沉降规律。沉降量最大值发生在新路肩位置,在远离新路堤的地表,发生了少量的隆起,符合新老路堤相互作用的机理

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