高速公路拓寬工程優(yōu)化設(shè)計研究的論文

時間：2024-06-11 22:28:45 其他類論文我要投稿

　　摘要：基于高速公路拓寬工程沉降控制復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計，分析擴寬工程的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，闡述沉降控制的模型及條件以及計算結(jié)構(gòu)，總結(jié)復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計方法，通過這些方法改善擴寬工程的路基施工效果。

高速公路拓寬工程優(yōu)化設(shè)計研究的論文

　　關(guān)鍵詞：高速公路；拓寬工程；復(fù)合地基

　　優(yōu)化城市經(jīng)濟和人口的增加，促使交通行業(yè)更加繁榮，目前很多工程針對高速公路進行拓寬，緩解車輛通行的壓力。本次研究的高速公路其原路經(jīng)過多年經(jīng)營，沉降已經(jīng)基本完成，在此基礎(chǔ)上進行拓寬，會產(chǎn)生較多差異。新舊荷載在新老路基上具有明顯的體現(xiàn)，容易在擴建后出現(xiàn)路面開裂等問題。由此要對高速公路擴建工程的沉降情況進行認(rèn)真分析，掌握地基復(fù)合設(shè)計的優(yōu)化特點，并總結(jié)如下。

　　1擴寬工程的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)分析

　　高速公路拓寬工程軟土地基會出現(xiàn)沉降，要想降低施工對原有路面的不良影響，應(yīng)認(rèn)真分析高速公路的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，掌握新老路基的差異。結(jié)合公路的固結(jié)程度不同，分析沉降差異，為符合地基的優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

　　1.1沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

　　高速公路軟土地基進行拓寬設(shè)計，需要掌握原有路基的沉降情況，分析新建路基與老路基之間的差異，并進行有效控制。路基拼接中，新老路基的橫坡度變化應(yīng)小于0.5%，針對原路中心的沉降附加值要控制在30mm內(nèi)，否則路面會出現(xiàn)開裂[1]。

　　1.2沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的有限元分析

　　綜合分析高速公路拓寬工程，主要體現(xiàn)為平面變化，可以結(jié)合二維平面有限元進行整體分析。這個過程需要利用對稱性的特點，選取一般地基進行分析。高速公路路面層、補強調(diào)平層均選用混凝土材料，非線性彈性計算。基層和路堤填土，需要利用特定材料計算彈塑性。針對沉降導(dǎo)致的路面結(jié)合變化，分析這種應(yīng)力變化，要杜絕路堤的重力影響，不考慮穩(wěn)定變化，運用20℃的材料進行分析。拓寬工程中，土體、墊層和下臥層，均假設(shè)為各項均質(zhì)材料，在層與層之間沒有相對位移，主要是連續(xù)接觸。由此分析，拓寬路堤的接縫處能夠與原路堤形成一個整體。

　　2拓寬工程沉降控制的模型及條件控制

　　針對沉降控制模型，應(yīng)計算出幾何數(shù)值，結(jié)合路段的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面和路面結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計施工設(shè)計的簡圖，其路面層如圖1所示。拓寬工程要注重邊界的控制，其中左邊界處于路的橫斷面橫線處，其在水平方向位移，上邊界和右邊界比較自由，這種條件下，需要研究沉降的原因與數(shù)值。針對路堤變形進行較好設(shè)計，凸顯約束作用，完善擴寬工程施工[2]。路堤荷載是路堤地面處的位移量，要結(jié)合公路擴建以及沉降進行有效設(shè)置。在模擬計算中，要掌握橫斷面的沉降分布，計算100個荷載時的沉降數(shù)值，并逐漸增加。

　　3混凝土路面計算結(jié)果

　　針對路堤底面施加位移之后，需要計算路面的附加拉、壓應(yīng)力矢量圖。結(jié)合具體的數(shù)據(jù)圖表，能夠發(fā)現(xiàn)路基屬于沉降差異較大，補強調(diào)平層上部的受拉情況明顯，下部受壓，其附加的拉應(yīng)力都在接縫處體現(xiàn)，所以主應(yīng)力會與路面形成平行效果。針對路面頂面處、底面處的平層拉應(yīng)力分析，其之間具有特定的聯(lián)系。路面附加應(yīng)力的最大值，與施工預(yù)期相比，針對老路堤的接縫位置相差4m距離[3]。當(dāng)新拓寬路面接近接縫位置2m，會出現(xiàn)較大的附加拉應(yīng)力。針對施工后路基橫向沉降比與路面最大附加拉應(yīng)力，能夠組成正相關(guān)系，這種條件下，拉應(yīng)力與工后路基橫向沉降比之間經(jīng)過有限元結(jié)構(gòu)分析，新老路基施工后沉降比為新老路基路拱橫向坡度變化值。實際計算中，沉降比為0.5%時，最大的附加應(yīng)力能夠達到0.67Mpa，超過路面結(jié)構(gòu)中的水泥穩(wěn)定碎石水泥級配碎石的極限抗拉強度，所以在高速公路拓寬工作中，要將橫向坡度變化控制在0.45%以內(nèi)，防止出現(xiàn)超額沉降。

　　4水泥土攪拌樁復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計

　　該高速公路拓寬工程，土層為軟塑性淤泥，層厚為7m，其層頂面埋深在1m左右。原有路面在軟土路基處理中，要使用塑料排水板。針對砂墊層以及其他軟土層的分布特點，要使用軟土處理方法，綜合比較拓寬路基，運用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，樁長為8m，直徑為0.5m，摻入的水泥比為15%。

　　4.1計算沉降拓寬工程路堤下的軟土地基變形計算，需要分析荷載分布特點，掌握新老路基的影響因素，這個過程很難進行理論計算，一般的計算方法能夠進行簡化，但計算結(jié)果不夠準(zhǔn)確[4]。目前選用有限元的處理方法，將高速公路拓寬工程環(huán)境模擬出來發(fā)，針對不規(guī)則的加寬路堤部分，可以使用網(wǎng)絡(luò)劃分成多個小單元，在多種形狀分析中都得到很好的使用。有限元分析法能夠再現(xiàn)地基軟土的變形規(guī)律、軟土固結(jié)規(guī)律以及應(yīng)力等，在實際計算中，結(jié)合水泥土攪拌樁復(fù)合地基的沉降數(shù)值，然后繪制標(biāo)準(zhǔn)斷面的路基沉降曲線，得到沉降數(shù)值。由此分析拓寬路堤軟土地基經(jīng)過水泥土攪拌樁加固后，沉降會有所降低，最大沉降在6～8m內(nèi)。路基沉降基本以老路堤坡腳為依據(jù)與軸線，逐漸向兩邊減少。在水泥土攪拌樁樁間距的作用下，從1.2m增加到1.6m，老路中心處的附加沉降約為0.5～1cm。

　　4.2設(shè)計優(yōu)化結(jié)合路基差異沉降計算結(jié)構(gòu)，運用多種樁間水泥土攪拌樁復(fù)合地基都能夠滿足路基拱橫向坡度變化小于0.5%的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，但是應(yīng)結(jié)合設(shè)計優(yōu)化，選取更加合理的樁間距。當(dāng)差異沉降過大，超過路面結(jié)構(gòu)差異沉降允許值時，路面結(jié)構(gòu)遭到破壞，這種過高的面積置換率，無法有效提升路基沉降效果，反而造成浪費[5]。結(jié)合沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，控制水泥土復(fù)合地基的面積置換率為8.9%，可以達到規(guī)定要求。如果面積置換率過高，這種設(shè)計形式過于保守，不夠經(jīng)濟。綜合考慮，本次計算中，主要采用樁土復(fù)合模量，充分發(fā)揮樁土協(xié)調(diào)作用，實際工程中，樁與土存在一定不協(xié)調(diào)，土比樁沉降大，導(dǎo)致總沉降值增加。實際計算中，復(fù)合地基的面積置換率比預(yù)期計算要大，本斷面水泥土攪拌樁復(fù)合地基的面積置換率為10.1%，由此選用剛度較大的樁頂墊層，避免柔性基礎(chǔ)對復(fù)合地基造成影響。承載力驗算中，水泥土攪拌樁復(fù)合地基的在樁體和褥墊層施工質(zhì)量可靠情況時，本次設(shè)計中，計算水泥土樁長需要與設(shè)計相符，保證水泥滲入比15%。路面面積置換率為10.01%，這種條件下，復(fù)合地基承載力能夠達到150kPa，大于斷面設(shè)計預(yù)期荷載，由此要進行有效協(xié)調(diào)。綜合以上分析，都體現(xiàn)了復(fù)合地基在拓寬工程進行沉降控制的方法，通過沉降控制的數(shù)值影響，滿足經(jīng)濟性和建筑物結(jié)構(gòu)。整個過程，要滿足路面施工效果，不會出現(xiàn)額外問題。這種做法在高速公路拓寬工程地基處理較高的基礎(chǔ)上，具有重要意義，所以優(yōu)化設(shè)計凸顯了實用效果。

　　5結(jié)論

　　關(guān)于高速公路拓寬工程沉降控制具體總結(jié)如下：

　　（1）高速公路的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，掌握新老路基的差異。路基拼接中，新老路基的橫坡度變化應(yīng)小于0.5%，針對原路中心的沉降附加值要控制在30mm內(nèi)，否則路面會出現(xiàn)開裂。

　　（2）拓寬工程中，土體、墊層和下臥層，均假設(shè)為各項均質(zhì)材料，在層與層之間沒有相對位移，主要是連續(xù)接觸。

　　（3）路堤荷載是路堤地面處的位移量，要結(jié)合公路擴建以及沉降進行有效設(shè)置。

　　（4）高速公路拓寬工作中，要將橫向坡度變化控制在0.45%以內(nèi)，防止出現(xiàn)超額沉降。拓寬路基，運用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，樁長為8m，直徑為0.5m，摻入的水泥比為15%。

　　（5）繪制標(biāo)準(zhǔn)斷面的路基沉降曲線，得到沉降數(shù)值，結(jié)合設(shè)計優(yōu)化，選取更加合理的樁間距。

　　參考文獻：

　　[1]阮一舟，石磊，楊濤.按沉降控制的高速公路拓寬工程軟基加固方案優(yōu)化[J].工業(yè)建筑，2013（S1）：398-401，454.

　　[2]譚儒蛟，張建根，徐鵬逍.帶帽PTC樁在高速拓寬軟土路基處理中的試驗監(jiān)測分析[J].工程勘察，2015（1）：26-31.

　　[3]雷金波，陳從新.帶帽剛性樁復(fù)合地基現(xiàn)場足尺試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010（8）：1713-1720.

　　[4]翁效林，張留俊.拓寬路基下軟土地基工后沉降預(yù)測[J].長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（1）：17-21.