轻质泡沫混凝土在路基改扩建中的应用研究.pdf

文章编号:():./.轻质泡沫混凝土在路基改扩建中的应用研究孙 强(山西省公路工程监理技术咨询有限公司 太原市)摘 要:文章依托工程实例采用 有限元软件对轻质泡沫混凝土路基的改扩建情况进行模拟分析改扩建部分轻质路基的变形以及钢管桩的受力特性 研究认为改扩建路基临空面的水平位移值与泡沫轻质混凝土的高度呈正相关且路基顶面的水平位移值随距离路基中线位置呈先增大后减小的趋势竖直位移值则呈“”形减小趋势 同时钢管桩的设置有利于提高扩建路基的整体稳定性其所受的剪力和弯矩值在桩身上部和下部较大 关键词:泡沫混凝土路基填方改扩建数值模拟中图分类号:.文献标识码:引言城市化进程的加快催生出更高的交通运输需求高速公路改扩建成为提高运输力的有效途径路基改扩建材料中轻质泡沫混凝土必不可少其具有节约成本、施工便捷、节省土地的优势孙文进行了轻质泡沫混凝土离心试验研究了轻质泡沫混凝土材料的路用性能和力学表现李泰灃等对铁路轻质混凝土路基的力学特性进行了分析提出适用于重载铁路的轻质混凝土路基结构方案并对路基的应力传递规律进行了研究 周捷等对轻质泡沫混凝土路基结构形式在路基处理中的效果进行了分析研究验证了轻质泡沫混凝土在控制路基坡脚的沉降量上效果显著 陈龙龙采用试验的方式从发泡剂、水灰比、集料三方面对不同参数的泡沫混凝土路基进行研究确认了泡沫混凝土路基的最佳配合比范围和性能参数 李粒生等结合工程实际对轻质泡沫混凝土路基在陡坡工程中的应用进行阐述认为轻质泡沫混凝土路基在控制路基位移和稳定性方面具有较大的优势李响对边坡支护中轻质混凝土的应用进行了研究结果表明随着水灰比和填筑高度的提升轻质混凝土试验的干密度随之增加在实际工程中水灰比控制在.为宜 李晋禹等对软土地区的泡沫混凝土路基进行了研究发现施工技术中泡沫混凝土路基的沉降比传统工法降低了.有利于软土地区的沉降控制 文章依托高速公路改扩建工程采用数值模拟方法研究轻质泡沫混凝土路基在公路改扩建中的应用情况 工程概况某高速公路 .段路线呈南北走向原高速公路为双向 车道设计时速 /后改扩建为双向 车道 现场踏勘发现原路基结构较为完整两侧排水沟及草木清晰可见原路基高度约 为高填方路基 现场两侧用地有限路基扩建工程需兼顾沉降和用地 传统的路基修筑采用挡墙支挡新路基工艺复杂经济性较差因此采用轻质泡沫混凝土材料填筑路基根据相关工程经验拟定在路基加宽部分采用垂直加宽如图 所示 在老路基填方边坡处采用台阶开挖的方法使老路基侧面形成梯步状结构再依次分层填筑轻质泡沫混凝土层每层填筑高度为 在梯级中部设置钢管桩进行连接保证新老路基连接的整体性 其中钢管桩的直径为 壁厚为 管内采用 混凝土进行填充地勘报告显示场地内的岩土层主要为填土、粉质黏土和全风化砂岩 填土为黄褐色稍密回填时间约 年厚度约 粉质黏土为黄棕色呈硬塑状厚度约 全风化砂岩为灰黄色中北方交通 年 第 期图 路基断面图(单位:)实状态厚度约 数值模拟研究.模型的建立 有限元计算软件结合有限元与岩土结构的专业特点适用于岩土工程对于土层和结构物都有相应的本构模型 为研究轻质泡沫混凝土在路基改扩建中的变形和沉降特性文章采用 有限元软件进行数值模拟计算改扩建路基模拟主要涉及三个方面即岩土体、轻质泡沫混凝土和钢管桩 模型采用 模型进行模拟计算岩土体和轻质泡沫混凝土采用 平面应变单元进行模拟本构模型为 钢管桩采用 梁单元进行模拟本构模型为弹性本构 为确保模型计算的精确性轻质泡沫混凝土的网格密度为 岩土体的网格密度为 建立模型涉及的参数见图 和表 图 有限元模型表 模型参数表名称弹性模量/泊松比容重/(/)/()本构模型轻质土.填土.粉质黏土.全风化砂岩.钢管桩.弹性 模型采用施工阶段模式进行运算模拟轻质泡沫混凝土路基的施工过程:()定义边界条件加载自重荷载()初始应力场平衡位移清零()按照每层填筑 的方式填筑轻质泡沫混凝土()依据模型计算结果对轻质泡沫混凝土路基进行分析.改扩建路基变形分析()路基临空面水平位移分析路基改扩建过程中路基的变形情况对于保障路面稳定十分重要 现对路基临空面水平位移变化情况进行提取分析结果如图 所示图 路基临空面水平位移图图 中纵坐标高度表示扩建路基段临空面高度可知轻质泡沫混凝土路基临空面水平位移最大值位于路基顶部水平位移最小值位于路基底部最大值为 最小值为.路基临空面的水平位移值与高度呈正相关高度越高水平位移值越大 此现象与整个模型的结构有关一方面轻质泡沫混凝土靠近路基顶面的填筑材料较多整个扩建部分的轻质泡沫混凝土位于原路基的一侧呈下滑趋势另一方面新老路基的界面连接处设置了钢管桩钢管桩将新老路基连接在一起修正了新老路基在交界面上的薄弱处限制了路基扩建部分的水平位移并且在整个轻质泡沫混凝土的横向上顶层填筑量最大材料自身的变形量最多 综合以上因素形成了扩建路基临空面水平位移值的曲线变化规律也说明了设置钢管桩结构的必要性和有效性()路基顶面水平位移分析路基顶面水平变形会导致路面结构变形使路 年 第 期 孙 强:轻质泡沫混凝土在路基改扩建中的应用研究面发生病害 提取路基顶面的水平位移情况详见图 图 路基顶面水平位移图从图 可知路基顶面的水平位移值(朝向临空面为正)随路基顶面位置的变化而变化 距离路基中线越近的位置水平位移变化越小随着距离路基中线的位置变远水平位移呈非线性增大趋势直至新老路基交界处达到最大值 后逐渐减小最后稳定在 左右 这种变化说明扩建部分路基对老路基的变形有一定影响二者水平方向的变形具有一定的关联性扩建部分路基的修建不利于老路基的变形稳定其中新老路基交界处是最薄弱处因此在路基设计和施工中应加强对该处的设置减小新老路基连接处的水平位移()路基顶面竖直位移分析路基顶面竖直位移的变化关系到后续路面施工不均匀沉降问题图 为路基顶面的竖直位移图图 路基顶面竖直位移图由图 可见路基顶面的竖直位移与距离路基中线位置的变化相关 在不同的路基顶面位置路基的竖直位移不同竖直位移的变化整体呈下降趋势但非线性变化 随着距离中线的位置变远竖直位移的减小趋势呈“”形变化其中降低位置最快的区段在距离中线 范围最终竖直位移的最大值为 扩建部分实施的路基填筑会对老路基的一侧形成侧向竖直荷载在新荷载的作用下老路基在靠近新路基部分发生竖向变形而新老路基的材料、固结程度等性质不一致从而产生不均匀沉降现象 因此在设计施工中应考虑新老路基之间的连接性采取相应的加固措施减少新老路基连接部分的不均匀沉降.钢管桩受力特性分析钢管桩在扩建路基中起到连接新老路基的作用钢管桩的受力情况会对新老路基的连接稳定性造成影响在此对钢管桩的受力情况进行分析()钢管桩剪力分析图 为全部钢管桩桩身剪力图选取其中受到剪力最大的钢管桩进行计算分析计算结果如图 所示图 钢管桩桩身剪力图(单位:)图 剪力最大的钢管桩桩身剪力图结果显示桩身的剪力变化呈两头大中间小的趋势最大值达到 位于桩底北方交通 年 第 期()钢管桩弯矩分析图 为对应剪力最大桩的桩身弯矩图 结果显示桩身弯矩呈“”形变化桩身上部所受的弯矩值较小下部所受的弯矩值较大最大值位于桩身 附近图 剪力最大的钢管桩桩身弯矩图综上对于钢管桩的最大剪应力和弯矩均位于钢管桩上部和下部的情况须加强钢管桩上部和下部的设计 结论文章采用 有限元软件模拟高速公路改扩建路基分析轻质混凝土改扩建路基的变形以及钢管桩的受力特性得到以下主要结论:()轻质泡沫混凝土路基临空面的水平位移值与泡沫轻质混凝土的高度呈正相关钢管桩有利于提高改扩建路基的整体稳定性()路基顶面的水平位移值随距离路基中线位置的变化呈先增大后减小的趋势其中新老路基的交界处最为薄弱()路基顶面的竖直位移呈“”形减小趋势新旧路基交界处竖向位移的降低速率最大()钢管桩的上部和下部受到岩体的剪力和弯矩值较大而中部较小参考文献 孙文.高速公路路基拓宽泡沫轻质混凝土离心模型试验研究.成都:西南交通大学.李泰灃韩自力蔡德钩等.轴重重载铁路轻质混凝土路基结构的力学特性.铁道建筑():.周捷刘鹏.不同路用泡沫混凝土结构形式对路基处理效果研究.湖南交通科技():.陈龙龙.路基填充用泡沫混凝土的性能改善试验研究.天津:天津大学.李粒生谷波.泡沫轻质混凝土在陡坡路基工程中的应用.现代交通技术():.李响.轻质混凝土在公路路基边坡支护技术中的应用研究.交通世界():.李晋禹翁鹤森王哲等.滨海软土区泡沫混凝土路基施工技术与沉降控制研究.路基工程():.(.).年 第 期 孙 强:轻质泡沫混凝土在路基改扩建中的应用研究