摘 要:以連霍高速公路加寬工程為實例，研究了該工程的加寬設計、施工方法，并對典型斷面的施工效果進行數(shù)值模擬，對新老路堤的沉降變形性狀以及新路堤地基處理方法進行了研究。

關鍵詞:高速公路加寬; 處理方法; 數(shù)值分析

中圖分類號:U416.1

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)07-0210-02

1引言

隨著國民經(jīng)濟和城鎮(zhèn)建設的高速發(fā)展，近十幾年來我國高速公路建設十分迅猛，地區(qū)之間交通量也急劇增加，已建的大部分四車道高速公路不能滿足日益增長的交通運輸需求，高度公路加寬工程順勢快速發(fā)展起來，并逐漸成為我國公路建設所面臨的迫切需要解決的問題。

但是，高速公路加寬工程的理論研究明顯落后于施工。我國東部沿海省份高速公路加寬工程開展較早，已有許多研究者開展了這方面的研究[1~5]，但這些高速公路大部分分布在軟土地區(qū)，因此研究者主要開展了這類土質條件下的相關研究。河南省地處黃河中下游，含有大量的粉土、粉質黏土夾層土;另一方面，由于地理條件限制，高速公路很有很大一部分為山區(qū)高填方地段，這些都與東部沿海高速公路加寬工程有很大不同。因此，研究高速公路加寬對區(qū)域土高填方路基的變形特性影響具有重要意義。本文結合連霍高速公路橫跨京廣鐵路兩側的高填方路基的工程，探討加寬工程施工技術及方法，并采用數(shù)值方法模擬施工效果，提出施工建議，便于今后類似工程的應用。

2工程概述

2.1 工程背景

連霍高速橫跨京廣鐵路兩側的高填方路基，路基斷面在原有26m的路基的基礎上兩側各加寬8m，加寬后路基寬度為42m。本文計算選取斷面路堤高度為13m，在新老路堤結合處，挖除表層種植土后采用原有坡率進行新老路基拼接施工，考慮到新填路基對老路基附加沉降的影響，采用地基底部設碎石墊層+邊坡預應力管樁，新老地基接合處均布設CFG樁的地基處理方法。

2.2 技術措施

2.2.1 開挖臺階

設計時考慮到原路面結構底基層在原硬路肩處未貫通，理論上其承載力較低，而且通車后將成為正常的行車道，因此路面加寬時，將原硬路肩的路面結構部分挖除，然后在此處采用挖臺階的方式進行路面加寬。鑒于原公路經(jīng)近十年的沉降，路基的密實度較高，穩(wěn)定性較好，為防止路基加寬施工期間影響道路行車，為此路基拼寬采用挖初種植土后直接按原有坡率進行臺階式施工。

首先對地表、原邊坡坡面進行30cm厚清表處理，開挖第一層臺階后，在回填土夯實、碾壓至原地表，然后進行樁基施工，樁頂標高低于地表25cm，便于施工。以后臺階開挖依次進行。

3建立模型

3.1計算模型

本文選取1個典型斷面進行模擬計算，根據(jù)對稱性，只選取路基中心右側部分建立計算模型，計算模型如圖1所示，根據(jù)實際情況，模型計算長度右側為120m，計算深度取20m，計算寬度10m，邊坡坡度在8m以下為1:1.75，8m以上為1:1.5。

3.2 土體參數(shù)

地基土的物理力學參數(shù)如表1所示。對于填土的處理，采用把填土當作新增單元參加計算，將填土折算成等效結點荷載進行計算，每層一次性填土0.8m，每層填土的荷載在每個荷載步的第一個荷載子步瞬時加載完畢。

3.3 管樁及土工格柵

按照設計施工要求的管樁和土工格柵布設進行模擬計算。樁體單元可以模擬樁與土的相互作用。格柵單元可以模擬與土相互剪切作用，土工格柵按照從臺階內緣鋪設至拓寬路基的邊坡處，并采用U型鋼筋釘固定。

3.4 邊界條件

針對路堤拓寬的實際情況，對邊界條件作如下假定:地基底面固定x、y、z三個方向位移;縱斷面的兩側固定y方向的位移;路的橫斷面有左右兩個方向，由于高速公路是典型的軸對稱問題，所以左側采用水平方向的位移約束，右側根據(jù)模型建立原則也采用水平位移約束;路堤上部為自由面，無約束。

4模擬結果分析

圖2沉降變形顏色帶從淺變深，表明數(shù)值絕對值逐漸變大。沉降量在新路堤部分比較大，在老路堤部分影響比新路堤較小，為盆行沉降規(guī)律。沉降量最大值發(fā)生在新路肩位置，在遠離新路堤的地表，發(fā)生了少量的隆起，符合新老路堤相互作用的機理。

圖3表明，水平位移的最大值發(fā)生在新路堤的最外邊緣處，最小位移發(fā)生在老路堤中心處，中間變化連續(xù)，影響范圍主要圍繞加寬路堤一定范圍內，超出一定的距離，水平位移變化很小，位移曲線變化連續(xù)。

分別作計算斷面的路面沉降、路面的水平位移、地基表面的垂直位移、地基表面的水平位移如圖4~7所示。

圖4表明:路面沉降規(guī)律為老路基沉降變化相對較小，而新路堤沉降變化相對比較大，這主要是由于新土基相對較軟，在新路堤荷載作用下，發(fā)生的沉降所致。路堤中心沉降量最小，約2cm左右，最大沉降量發(fā)生在新路肩位置，沉降量約為8cm。

圖5表明:在新路堤荷載作用下，新老路面的水平位移逐漸加大，但是新路堤的水平位移發(fā)展明顯大于老路堤的水平位移，新路肩的水平位移呈最大值，約為3.5cm。

圖6表明:在新路堤的作用下，老路堤中心沉降量向兩端逐漸增大，對老路堤遠端的影響相對最小，地基變形曲線呈“勺子”狀，最大沉降量發(fā)生在新老路堤結合處的位置，最大值約為7.5cm，老路中心的沉降量約為1.9cm。

圖7表明:在老路地基部分，大約在20m以內，地基土體發(fā)生負向位移即地基土體向老路中心線方向移動，20m以后土體發(fā)生正向位移并且逐漸增大，在接近新路堤中心位置水平位移接近0，其后又逐漸增大，符合路堤在加寬荷載作用下的變形機理。

5 結論

本文針對實體加寬工程，進行了加寬效果的數(shù)值模擬研究，研究結果表明:(1)路堤橫斷面上老地基處沉降量最小，整體上沉降呈現(xiàn)中間小，兩邊大;新路堤的沉降變化大于老路堤的變化，路肩處沉降呈最大值。水平位移逐漸增大，新路肩位置呈現(xiàn)最大值。

(2)本工程施工技術及方法較好的控制了新老路基和地基的變形，變形量在規(guī)定范圍之內，地基處理效果較好。但需要加強新老結合處的地基處理，防止發(fā)生長期變形問題。今后也需加強加寬工程的長期沉降和水平位移的監(jiān)測工作，以便檢測施工效果長期工作能力。

參考文獻:

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