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软土地基高速公路拓宽的沉降性状及处理研究

贾宁  
【摘要】:近几年来交通量持续增长,将原有四车道高速公路拓宽至六车道或八车道的任务已经迫在眉睫。我国东南沿海地区的高速公路大多建于软土地基之上,所以软基高速公路拓宽工程将成为今后高速公路建设的重要组成部分。规范(JTJ017-96)规定,软基新建高速公路一般路段的工后沉降应控制在30cm以内。拓宽路堤的沉降应有更高的要求,而在桥头连接路段,沉降控制标准还要更高。因此,对拓宽路堤的地基处理,不同路段应采用不同的处理方法。 基于上述工程背景,假定地基为Biot介质,求得了路堤荷载瞬时作用时,地基中初始超静孔隙水压力及有效应力解析式,进而求得了瞬时沉降、固结沉降和最终沉降的解析式。研究表明,荷载瞬时作用后,地基中有明显的有效应力变化,这是地基产生初始沉降的原因。条形荷载作用下,地基中初始有效应力沿深度先增加后减小,中心线下0.5倍荷载宽度的深度处达到最大值p/π;地基中超静孔隙水压力在地基表面最大,沿深度迅速衰减,在两倍条形荷载宽度处,超静孔隙水压力值已降低到0.2p以下。软土地基的瞬时沉降较大。 应用弹塑性有限元软件,分析了老路堤和拓宽路堤先后作用下,地基的沉降以及路堤的变形和路面结构层的应力分布,并与实测结果作了对比。拓宽路堤路面铺设时间,不宜参照软土地基上新建路堤的工后沉降控制标准,而应在分析新、老路堤沉降规律的基础上,以新、老路堤工后沉降差作为控制标准。 结合软粘土的结构性,对一般路段采用的竖井排水固结法,提出了结构性软土竖井地基固结沉降分析方法。研究了竖井地基固结度及固结沉降的规律。由于软土的结构从上至下逐渐破坏,土体渗透性降低,软土结构破坏层中竖井纵向强烈压缩,通水能力降低,地基固结发展变缓。理论计算得到的沉降和超静孔隙水压力与实测结果进行了比较,两者吻合较好。提示了结构性软土竖井地基的固结特点。 最后,对连接桥头路段采用的桩承式路堤,研究了其受力特点和分析方法。基于单桩等效处理范围内路堤受力平衡原理,改进了路堤中空间土拱效应的分析方法。研究表明,桩间距、桩帽大小、路堤高度和填料内摩擦角是影响桩体荷载 分担比的主要因素。在桩帽宽度与桩间距比值一定的情况下,当土拱处于弹性状 态时,桩体荷载分担比随桩间距的减小而线性增加;土拱处于塑性状态时,桩体荷 载分担比不随桩间距变化。对格栅的受力及变形分析表明,桩顶上方铺设土工格 栅可以提高桩体荷载分担比、减小路堤沉降。 将单桩等效处理范围及上部路堤填料简化为圆柱体,采用理想弹塑性有限元 方法,分析了路堤荷载瞬时施加后,地基中超静孔隙水压力的分布以及桩身轴力 和路堤沉降等。分析表明,桩长对路堤沉降起控制性作用,桩长越长,桩身轴力 越大,中性点越靠近桩端,桩体荷载分担比越大,路堤沉降越小。桩体打穿软土 层的情况下,路堤的沉降量决定于桩间土浅部的压缩,而未打穿情况下,路堤的 沉降量决定于桩端以下软土层的压缩。在桩托板面积与单桩等效处理面积之比相 同的情况下,减小桩间距比增大桩托板对控制路堤沉降更有效。 关键词:路堤;拓宽:软土;结构性;路堤桩;沉降;固结度 丫 彭口尸尸J


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