公路拓宽工程新老路堤相互作用影响分析

陆峥嵘

0 引言

老路从建设到运营,再到拓宽,往往已经过几年甚至十几年的时间。在建设期间,老路路堤的初始沉降就已经结束;在运营期间,在老路及车辆荷载的长期作用下,地基已趋于稳定。对拓宽段,从建设到运营期间,初始沉降、固结沉降及次固结沉降都将要发生;其中,初始沉降可以在建设期间完成,但固结沉降与次固结沉降是一个长期的过程,在运营期间将会继续发生,这也是拓宽段与老路之间发生差异沉降的根本所在,也使得新老路堤的沉降变形特性存在较大的差异,使路面出现裂缝、破损、高差、行车不舒适等现象。

1 数值模型

选取某公路拓宽软土地基及加固工程为模拟对象。计算模型尺寸建立如图1所示。根据工程勘察报告及土工实验结果,模拟段的地基土层分布如表1所示。老路堤由于已经使用多年,认为其已完成固结,新拓宽部分①-5长度10 m,与原有路堤高度一致,同为5 m。

表1 土体参数

模拟计算中,不考虑地下水渗流固结,并且在路堤表面施加18 kPa的均布荷载来模拟路面材料荷载和车辆行进荷载。进行分析时,本模型符合以下假定:1)路堤和路堤土体均采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型(参数如表1所示);2)边界条件为地基底面固定约束,地基宽度外侧水平向约束;3)认为老路堤下的地基固结变形均已完成;4)地基和路堤中的初始应力场由地基土和老路堤土的自重形成,并将初始位移回位归零;5)路堤和路堤加固区内土体认为是均质各向同性弹塑性体;6)本次模拟暂不考虑老路对地基的影响,仍按均一土层分布进行计算。

通过计算路堤内的沉降,研究拓宽改建后新老路堤的不均匀沉降规律,并研究在不同情况下新老路堤的差异沉降,本文约定路堤中心线处与路肩处沉降差为差异沉降(以下同)。

2 计算结果分析

本文选取不同的拓宽宽度,考察不同拓宽宽度对路堤变形的影响,分别选取了10 m,15 m,20 m三种情况进行了计算。

从图2中得知,新路堤宽度的增加引起路堤表面的沉降逐渐增大。图中还表明沉降的最大值点有向外侧移动的趋势。

图3为拓宽后,路面沉降变形曲线,从图中可以明显的看出在新老路交接处存在一定的差异沉降,主要原因为新老路堤固结度存在差异。

图4是在不同拓宽宽度的情况下,新老路堤差异沉降的曲线,可知随着拓宽宽度增加,差异沉降显著的增加,根据不同拓宽宽度与差异沉降的对应关系,对上述点进行拟合,得出以下对数关系式:

其中,ΔS为路堤差异沉降;B为道路新拓宽宽度。

根据拟合关系式,对B求出二阶导数得出:

因此,B—ΔS曲线逐渐趋于平稳,及差异沉降在随着道路拓宽宽度的增加逐渐趋于缓和,通过本公式可以大致推算道路拓宽时的经济宽度及需要采用的处治措施。

3 结语

1)不同拓宽宽度条件下,随着拓宽宽度的增加,最大沉降值也随之增大;随着拓宽宽度的增大,最大值出现的位置沿着向远离路肩的方向运动;2)在一定假设前提的基础上,通过数值计算提出差异沉降—拓宽宽度关系式,可以看出随着拓宽宽度的增加,差异沉降的变化趋于稳定。

本文为新老路堤相互作用做了初步探讨性的研究,是基于一定假设条件的前提下,获得一定初步结论,还需要在今后的类似工程中结合工程实际的监测数据,做进一步的研究。

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