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        樁網(wǎng)混合路基降沉控制設(shè)計(jì)技術(shù)研究

        2021-03-27 07:28:56高超
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2021年7期
        關(guān)鍵詞:沉量路肩路基

        高超

        (中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司,北京100195)

        0 引言

        在公路擴(kuò)改建工程中,不可避免地會(huì)遇到新老路基差異降沉的問題。樁網(wǎng)混合路基具有降低新老路基差異降沉和增強(qiáng)路基載承性能的技術(shù)優(yōu)勢,在公路擴(kuò)改建工程中應(yīng)用較多。但在大量的工程應(yīng)用中,對這種路基穩(wěn)定性控制技術(shù)的量化分析研究還較少,這不利于該技術(shù)的把握與應(yīng)用。本研究基于工程案例,以工程有限元數(shù)字模擬分析的方法,對樁網(wǎng)混合路基設(shè)計(jì)方案下的不同路基高度的差異降沉控制影響問題,開展專題分析研究,以期為公路路基降沉控制的工程應(yīng)用,提供研究和技術(shù)參考。

        1 案例工程

        案例是華東地區(qū)某高速路網(wǎng)的骨架線路,交通繁忙。在地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的背景中,該線路的車流量逐年增加,經(jīng)常面臨著超載運(yùn)行的交通狀態(tài),為適應(yīng)地區(qū)交通發(fā)展的需要,擴(kuò)改建勢在必行。該公路歷經(jīng)16年運(yùn)行,原有的路基基本得到鞏固,因此新舊路基差異沉降控制,成為擴(kuò)改建工程設(shè)計(jì)的技術(shù)重點(diǎn)。本次擴(kuò)改建公路總長為309.2km,將原雙向四車道的高速路,采取“多處兩側(cè)拓寬,局部單側(cè)拓寬,樁網(wǎng)穩(wěn)固新舊基礎(chǔ)”的方法,擴(kuò)改建成為雙向八車道的高速路。

        2 樁網(wǎng)混合路基設(shè)計(jì)方案

        混合路基沉降控制設(shè)計(jì)存在三種設(shè)計(jì)思路:其一,控制條件為正常應(yīng)用極限情況下的載承力,校核條件為正常應(yīng)用極限情況下的降沉量;其二,控制條件為正常應(yīng)用極限狀態(tài)下的降沉,校核條件為正常應(yīng)用極限狀態(tài)下的載承力;其三,同時(shí)控制載承力和降沉的設(shè)計(jì)方法。其中第1 種設(shè)計(jì)思路是以載承力為控制條件,它適合在樁體置換率高且剛度大、土質(zhì)好的條件下應(yīng)用??墒钱?dāng)土性較差時(shí),通常會(huì)發(fā)生載承力滿足但是降沉量不滿足的狀況,特別是當(dāng)處理高速路軟弱土路基時(shí),更容易發(fā)生差異降沉或降沉量不符合設(shè)計(jì)需求的現(xiàn)象。而第3 種設(shè)計(jì)思路,當(dāng)載承力和降沉量滿足需求時(shí),須針對置換率、樁間隔距離、樁長、樁徑等諸多設(shè)計(jì)參數(shù)求出最佳解,這種方法難度比較大并且費(fèi)時(shí)[1]。

        案例工程選用第2 種設(shè)計(jì)思路,更適用于處理高速路的軟弱土路基。為增強(qiáng)新老路基的凝聚力,采用階梯式方法開挖老路基邊坡,開挖的高度不低于0.8m,寬度不低于1m,并且布樁的起始為舊路基邊坡中間的臺(tái)階。將舊路基下樁長由15m 增加至18m,將舊路基下樁距由1.5m 改為1.2m(3D),并且位置由原位改為原路基表面,而新建路基下的樁長和樁距保持不變。

        3 不同路基高度下的差異降沉控制影響分析

        3.1 路基高度4m

        當(dāng)路基高度是4m 時(shí),老路基和新路基之間有差異降沉,這是因?yàn)槎嗄甑耐ㄐ?,老路基土體形變基本穩(wěn)定,路基具有較好的完整性。新路基擴(kuò)寬后,須在自身重量下完成初降沉、固結(jié)降沉和二次固結(jié)降沉的過程,所以新路基側(cè)向降沉量比較大。伴隨距離老路基中心線的加大,豎向移位逐步增加,新擴(kuò)寬路基路面的垂向降沉變化量比較大,最大降沉發(fā)生在新路基路肩邊緣附近。改進(jìn)方案后路基頂面最大降沉量是11.97mm,原有方案的是13.8mm,最大降沉量降低了13.26%。

        伴隨到老路基中心距離的加大,地表降沉先加大后降低。地面最小降沉在道路中心線,最大降沉出現(xiàn)在距路基中心線17m 處,即擴(kuò)寬路基中心下方的路基土降沉最大。原有方案最大降沉數(shù)值是12.89mm,改進(jìn)方案中新路基下地面最大降沉量是9.21mm,老路基下是7.29mm,地面最大降沉降低了28.55%;改進(jìn)方案的差異降沉量是2.12mm,原有方案最大差異降沉量是7.26mm[2]。

        由路基表面的差異降沉可知,最小降沉出現(xiàn)在該路中心線的路面處,并且老路基路面的變化相對平坦。伴隨到路基中心距離的加大,降沉也隨之增大,新擴(kuò)寬路面的垂向降沉變化率也比較大。整個(gè)曲線呈現(xiàn)勺狀,新路基路肩邊緣附近發(fā)生最大降沉。改進(jìn)方案后最大降沉值是11.97mm,原有方案最大降沉值是15.2mm,路面最大降沉降低了21.25%;改進(jìn)方案的最大差異降沉量是5.4mm,原有方案的是9.63mm,新老路基最大差異降沉降低了43.93%。

        3.2 路基高度6m

        當(dāng)路基高度是6m 時(shí),改進(jìn)方案的路基頂面最大降沉量是17.89mm,原有方案路基頂面最大降沉量是23.03mm,最大降沉量降低了2.32%。伴隨到路基中心距離的加大,地表降沉先加大后降低。原有方案最大降沉量是18.85mm,選用改進(jìn)方案之后,新路基下地面最大降沉量是11.21mm,老路基下是9.55mm,地面最大降沉降低了40.53%。選用改進(jìn)方案后新老路基最大差異降沉量是4.51mm,原有方案最大差異降沉是11.99mm。

        比較路基表面差異降沉可知,路基頂面降沉曲線呈勺狀,新路基路肩附近處發(fā)生最大沉降。改進(jìn)方案最大數(shù)值降沉是17.87mm,原有方案最大降沉數(shù)值是24.93mm,路面最大降沉降低了28.32%。改進(jìn)方案后最大均勻降沉量是9.48mm,原有方案最大差異降沉是17.2mm,新老路基最大差異降沉降低了44.83%[3]。

        3.3 路基高度8m

        當(dāng)路基高度是8m 時(shí),新老路基面有顯著的差異降沉。 選用改進(jìn)方案后路基頂面最大降沉是23.07mm,原路基頂面最大降沉是35.23mm,降低了34.52%。

        伴隨到路基中心距離的加大,地面降沉先加大后降低。并且最大沉降出現(xiàn)在擴(kuò)寬路基中心下方的路基土處。原有方案最大降沉數(shù)值是22.66mm,選用改進(jìn)方案之后,新路基下最大降沉量是12.34mm,老路基下是8.23mm,最大降沉量降低了45.54%。改進(jìn)方案的最大降沉差是8.25mm,原有方案是12.24mm,地面最大降沉差降低了32.56%。

        從對比路基表面差異降沉可知,路基頂面降沉曲線呈“~”形,最大降沉發(fā)生在新路基路肩邊附近。選用改進(jìn)方案之后,最大降沉數(shù)值是23.01mm,而原有方案最大降沉數(shù)值是36.96mm,路面最大降沉降低了34.29%。 選用改進(jìn)方案后最大差異降沉量是17.57mm,原有方案最大差異降沉差是25.41mm,新老路基最大差異降沉降低了30.85%。

        3.4 路基高度10m

        當(dāng)路基高度是10m 時(shí),新老路基表面有顯著的差異降沉。選用改進(jìn)方案后路基頂表面最大降沉量是28.83mm,原路基頂面的是48.71mm,降低40.8%。

        伴隨到路基中心距離的加大,地表降沉先加大后降低。原有方案最大降沉數(shù)值是33.48mm。選用改進(jìn)方案后,新路基下最大降沉量是15.03mm,老路基下最大降沉量是10.86mm,最大地表降沉降低了18.45mm;改進(jìn)方案最大差異降沉量是7.94mm,原有方案是24.29mm。

        從比較路基表面的差異降沉可知,發(fā)現(xiàn)路基頂表面的降沉曲線為“~”,在新路基路肩邊附近發(fā)生最大降沉。原有方案最大降沉數(shù)值是50.78mm,選用改進(jìn)方案之后,最大降沉數(shù)值是28.65mm,路面最大降沉降低了41.05%。 改進(jìn)方案后最大差異降沉是18.3mm,原有方案最大差異降沉是35.48mm,新老路基最大差異降沉降低了48.28%。

        可見,選用改進(jìn)方案之后,擴(kuò)寬的新路基對老路基降沉影響不大,并且新老路基的差異降沉顯著減小。這是因?yàn)閷浲谅坊鶎?shí)施樁網(wǎng)混合路基處理之后,樁網(wǎng)混合路基有效地降低了上部路基傳遞的載荷和老路基的附加應(yīng)力,通過樁網(wǎng)混合路基與路基土的相互作用增強(qiáng)了路基的載承力,進(jìn)而降低了路基的表面降沉和差異降沉量。

        比較不同路基填筑高度下的差異降沉可知,路基的填筑高度h 值越大,擴(kuò)寬后路基的差異降沉量和表面降沉越大,并且擴(kuò)寬后,最大降沉點(diǎn)逐步從路基表面移動(dòng)到新路基的路肩。伴隨路基高度h 值從4m 增加為10m,路肩最大降沉量也從11.57mm 增加為28.65mm,新老路基差異降沉從 5mm 增加為18.35mm;附加降沉位于老路基中心線,伴隨路基填筑高度的增加而逐步增加。造成上述結(jié)果的起因?yàn)椋?dāng)路基的填筑高度減小,擴(kuò)寬路基自身重量載荷在路基內(nèi)引起的附加應(yīng)力也降低,因此老路基的附加降沉就相對越小。

        4 結(jié)語

        案例擴(kuò)改建工程以降沉量為控制條件,開展了樁網(wǎng)混合路基改進(jìn)設(shè)計(jì)。本研究在介紹樁網(wǎng)混合路基改進(jìn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,借助FLAC3D 專業(yè)有限元模擬計(jì)算系統(tǒng),分析了不同路基高度下的差異降沉控制影響。研究結(jié)果顯示,改進(jìn)設(shè)計(jì)方案能更有效地控制新老路基間的差異降沉問題,對降低新舊路基沉降,提升路基載承力,有技術(shù)參考價(jià)值。

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