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高填方路基加宽后处理技术及变形性状研究

童怀峰  
【摘要】: 近年来,随着我国经济的快速增长,特别是加入WTO以来,物流业的发展,城市间的合作往来更加紧密,高速公路的交通流量日益增加,现在有相当一部分已不能适应交通量增长和社会发展的要求,迫切需要扩大道路通行能力,由于近距离新建高速公路,投资规模大,占用土地多,且容易造成路网分布不均,因而在现阶段我国高速公路扩建大多采用老路加宽的方案。 高速公路的扩建加宽就必然涉及到新老公路的融合贯通、新老路堤的相互影响等问题,原有路堤经过多年运营,沉降已基本完成,在其边坡上进行扩建加宽,新填的土方和运营后的汽车荷载必然会引起既有路基的附加沉降,并在新老路基之间产生相对过大的差异沉降,进而会引起既有路基变形,严重时则出现路基拉裂,下沉过速等病害,将会对高速公路的正常营运带来难以估量的不良后果;同时,高速公路加宽扩建工程通常工期紧、施工场地狭窄,同时还要维持正常的交通运输,较新建高速公路具有更高的要求。因此选择经济、快速、可靠的加宽处治措施以确保现有高速公路营运安全、确保减小加宽后高速公路新旧路面的差异沉降就显得尤为重要。本文基于以上工程背景,主要研究内容如下: 1.高填方路基后处理技术即投石压浆无砂砼小桩技术是一种新的地基处理技术,通过对无砂砼小桩技术的施工工艺、压力注浆、后处理机理的详细分析可知,后处理技术具有堆载预压、快速排水、排气固结、固化、竖向置换增强等综合作用机理;投石压浆无砂砼小桩复合地基由于其特殊的施工工艺,其承载力大小除与工程地质条件有关外,还与灌浆材料、灌浆压力和灌浆量、灌浆工艺及置换率有关,所以在无砂砼小桩复合地基承载力计算公式中引入参数β_1(投石压浆无砂砼小桩单桩承载力发挥系数)和β_2(桩间土承载力增强系数);通过对无砂砼小桩复合地基桩土竖向变形协调、桩间土的应力和竖向变形的分析,解决了无砂砼小桩复合地基基于变形控制下的优化设计问题。 2.高填方路基后处理技术中后处理先填土高度的确定是非常关键的一个技术环节,直接关系到后处理技术的经济和社会效果,对于不同的地质条件,采用不同的分析确定方法,当浅层含有饱和软弱土层,地基承载力较低时,采用基于统一双剪强度理论的分析方法分析确定后处理先填土高度,可以充分发挥天然地基的原有承载力,达到降低造价的目的;当地基承载力较高时,基于小坡堤稳定的分析方法可以方便地分析确定后处理先填土高度,消除了后处理之前由于填土自身稳定问题给工程带来的不良影响。 3.基于高填方路基加宽时加宽填土荷载的特殊性,对各种荷载形式作用下地基土体的初始有效应力和超孔隙水压力进行了分析;对后处理技术先填土、成孔施工各阶段的固结过程进行了详细分析,得出了各阶段土体超孔隙压力和固结度的计算分析结果。 4.基于统一强度理论和柱形孔扩张弹性理论,分析了无砂砼小桩注浆期间注浆压力与桩周土体的应力状态,得出了考虑中主应力影响下桩周土体处于弹性状态和弹塑性状态时注浆压力计算公式以及注浆压力与塑性开展半径的关系式;通过对桩周土体处于不同应力状态时土体注浆开裂与挤密之问的相关关系以及中主应力权系数b和初始应力p_0取不同值时注浆压力p与塑性开展半径r_c的关系进行了分析,为后处理技术注浆施工工艺的优化选择提供理论依据。 5.基于高速公路双侧对称加宽的工程背景,对加宽路基不进行处理和采用先处理及后处理三种情况下,加宽填土荷载的施工对原有地基和老路路堤的变形性状的影响进行了详细的数值模拟对比分析。 6.在无砂砼小桩后处理技术在路基加宽工程的应用中,通过对老路坡肩和新加宽路基坡肩位置水平及竖向变形监测结果可知,小桩后处理技术不仅能够增强新老路基之间的结合,而且能够协调新老路基之间的变形,大大减小工后沉降变形。


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