市政道路旧路拓宽差异沉降问题研究.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)市政道路旧路拓宽差异沉降问题研究张小莉(井陉县公路管理站河北 石家庄)摘 要:城市公路扩建工程的实施较为困难新老路基产生的差异沉降问题是城市公路工程建设的重点 因此提出了市政道路旧路拓宽差异沉降问题研究 根据工程概况结合项目的实际情况详细分析了城市道路的加宽差异沉降特征和影响因素并对新老路基的差异沉降问题进行探讨 在此基础上以泊松比、模量不同时的地表沉降差异为结果依据结合工程实例对市政路面在不同工况下的受力特性和失效模式进行了研究与分析提出具体防范策略对于控制市政道路旧路拓宽差异沉降具有一定的参考价值关键词:市政道路旧路拓宽差异沉降公路建设中图分类号:.文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:张小莉()女河北石家庄人本科工程师研究方向:交通运输工程道路与桥梁设计施工 引 言差异沉降是反映建筑物地基变形特性的一个重要指标通常是指两个相邻基础的沉降量之差 差值沉降法可以用不同的沉降值来计算建筑物的倾角 若差异沉降太大则会对所对应的上部结构造成附加应力当达到某一极限时会产生裂缝倾斜甚至破坏 近几年为满足日益增加的运输需要我国对许多市政公路进行了扩建尽管在现有的道路拓宽工程中已有不少的成果和成功的经验但由于缺乏足够坚实的控制依据难以做到全面规范管理 因此本文就市政道路旧路拓宽的差异沉降问题进行了进一步研究 根据工程概况详细分析了市政道路旧路拓宽的差异沉降特性及影响因素根据建立的道路模型对沥青路面的应力场分布进行计算并对其在使用期间不同阶段所经受的附加应力进行分析对泊松比、模量不同时的地表沉降差异做出分析提出具体防范策略 通过分析旧公路路基的基础差异沉降成因计算新旧公路路基差异沉降的适用范围对新道路路基的加固设计具有一定的参考意义 工程概况本项目名称为井元公路梅庄村至元氏界段大修工程估算投资为 万元 项目建设地址在井陉 县 秀 林 镇、南 王 庄 乡 大 修 路 线 长 度.并对三座小桥进行拆除重建 大修路线全长.现有路基宽度不变在原有的水泥混凝土路面上开挖老路面后再加 的细粒改性沥青混凝土 的中粒型沥青混凝土和 的水泥稳定碎石 在原有的沥青混凝土路面上对部分破损较严重的部分进行开挖然后在原有的道路上铺设 细粒状改性沥青混凝土 中粒状沥青混凝土 水泥稳定碎石 级配碎石 在经过村庄的老路开挖后铺设 的细粒改性沥青混凝土 的中粒型沥青混凝土 的水泥稳定碎石 的水泥稳定碎石 级配碎石 对梅庄桥大桥进行了 的铣削对 的细粒改性沥青混凝土进行了铺砌沿线有 小桥 座 小桥 座均为危桥本次将旧桥拆除后新建其余桥梁拉毛后铺装 细粒式改性沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 新路基指拓宽路面路基旧路基指原有路基基础除梅庄桥外沿线所有桥梁增设桥梁护栏更换 座桥梁的伸缩缝 差异沉降特性及影响因素新旧路基的变形主要包括以下三个方面:()地基基础受新路基加铺时产生的固结变形()新地基因本身的载荷而产生的压缩变形()由汽车运行引起的新地基累积变形 一次外加应力与二次外加应力的相向增大是造成旧公路边坡浅层基础差异产生的重要因素而土层可压缩性较高是造成深层基础差异沉降的重要因素 除此之外地基压缩模量、路基的高度、道路拓宽宽度、道路拓宽方式以及新旧地基固结程度等因素对路基差异沉降均有着一定的影响新老基础的沉降与路基的填筑高度有关最大差值沉降随着路基高度的增大而增大 路基顶部的沉降曲线随着路基高度的减小呈“”形分布地基的最大沉降值随基础压缩模量的增加而减小若最大沉降增加基础压缩模量的降低速率便随之降低拓宽路堤在扩展宽度小于 时最大差异沉降发生在拓宽路堤内侧拓宽宽度超过原有道路的一定距离时最大差异沉降发生在道路内侧 采用双侧加宽方法可以减少新旧路基的差异沉降第 期张小莉:市政道路旧路拓宽差异沉降问题研究总第 期 旧路拓宽模型建立.模型建立本文模拟市政道路的路基拓宽采用应力场状态和载荷技术模拟原有路基的拓宽模型和扩建路基的分步加载最后可得到路基各点的最终沉降值 考虑市政道路旧路拓宽的新旧路基的差异沉降问题在应用软件进行平面形变分析时以二维平面模型为基础以确保计算速度和精度市政道路拓宽路基模型及监测点布置见图 图 拓宽模型及监测点在建模过程中莫尔 库仑屈服判据的边界条件为:基坑对 三个方向的位移都有约束但在基坑外侧水平位移约束及垂直自由位移约束下路基顶部不受边界约束 差别沉降的监控计算则是以原来的地基中心作为起始的沉降监测点同时在拓宽路基每隔 另取一个监测点最终计算两者之间的差值作为差异沉降.计算应力场分布采用软件中的重力加载实现应力场分布计算根据上述内容建立全新的数值计算模型对旧路基和基础土层进行划分并对其进行初步的应力计算 根据工程实际对土层性质的影响进行了简化处理各土层物理力学参数见表 表 新旧路基土层参数计算参数旧路基新路基重度/().泊松比.内摩擦角/().压缩模量/粘聚力/旧路拓宽工程的基础应力场分为三个方面分别为:基础重力引起的重力应力场、旧路荷载下的一次外加应力场以及新路荷载的二次附加应力场按不同竖向附加应力水平以及受不同深度、不同性质的土层影响其应力分布一般采用公式()进行计算 ()式中:为根据不同深度的垂直应力计算出的基础沉降值为压缩模量 为铺装高度 根据计算出的应力分布对新路基及老路基的沉降进行判断根据实测资料可以为后期的沉降计算提供相应数据.沉降计算市政道路旧路加宽工程中新路面加载产生了第二个附加应力场 因此在加载过程中应根据自身重力应力场的不同垂直应力等级选择相应的抗压模量 每一层的压实模数按图 计算层间厚度为 表 压缩模量压力段/旧路基.新路基.在计算深度时由于土层性质、厚度和次生附加应力的不同对地面沉降的影响也不同 土层压缩时在地基沉降模式的基础上添加底基层、基层和面层并利用重力作用来影响地基的压缩模量和高度从而获得不同的差异沉降产生附加的弯拉应力和剪应力模型简化与假设如下所述()由于路基纵向长度足够基层之间的接触完整路基的尺寸长度在垂直方向上基本不变因此可将其视为平面的变形问题来处理不存在脱空现象()假定路堤与路基土是均匀连续的且为各向同性的线弹性体()路基的填筑及基础土是弹性体材料其回弹模量为 再加一层沥青混凝土的弹性模量为 ()由于地基是一种对称的结构形式因此基础是对称的基础的一侧水平在对称的边界上对称约束 模型结果对比分析.泊松比不同时地表沉降差异在进行沉降差异计算和分析时应对土层赋予适当的泊松比 通过对实测数据的静态侧压系数计算确定了不同层位的平均泊松比约为.为更好地反映泊松比的变化对基础沉降量的影响采用单变量泊松比法进行比较得出了不同泊松比下的地面沉降分布曲线如图 所示图 泊松比不同时的地表总沉降曲线从图 可以看出地面的沉降量随着泊松比的增加而降低 不同的泊松比对应的地面沉降曲线形态接近一致表明泊松比对整体沉降量的影响较小 所采用的方法能较好地反映地面的沉陷规律总第 期黑龙江交通科技第 期在新路荷载作用范围之外.的泊松比最为合适不在荷载作用范围之内则会产生较大误差.模量不同时地表沉降差异在土体受力特性分析中一般是以弹塑性本构模式为主而在不同的本构模式下需要附加不同的土性参数 根据现有的勘测资料可以提供压缩和直剪两种测试数据采用 屈服判据进行比较通过对该地区的应力分布进行分析发现在靠近地面的二次附加应力较大时其强度较高只有新路坡脚部分有塑性区对地面沉降的计算结果影响不大 深层软粘土的二次附加应力水平很低不能引起塑性屈服 当泊松比为.时由勘测数据所提供的土壤强度指数无法建立起地应力平衡表明计算参数对模型具有一定的限制 另外考虑到变形和压缩模量之间的差别结合两种情况的在线弹性变形转换关系在泊松比为.时进行比较得出了不同模量情况下的地面总沉降曲线图 模量不同时的地表总沉降曲线从图 可以看出在泊松比等于.的情况下变形模量和压缩模量的比率是.两者之间存在很大差异使用变形模量的计算值明显偏大 初始自重应力随深度增加而增加一次附加应力逐渐降低且趋于均匀对压模量的取值影响较小二次附加应力也会降低且趋向均匀从而致使差异沉降的两个因子都会消失造成差异沉降的主要原因是浅层土壤而深层的压入量主要影响到整体的沉降量对差别沉降不会有显著影响 差异沉降控制对策城市道路拓宽工程中针对基础填土少、地下管线多、相邻建筑物结构复杂等特点制定一套适应城市道路复杂情况的差异沉降控制标准并将国内外常用的差异沉降处理方法应用于市政道路拓宽工程处治市政道路拓宽工程中新旧路基差异沉降控制道路拓宽后导致的建筑物沉降问题是目前市政道路拓宽工程中的重点研究方向 由于旧路扩建工程中需要考虑施工期间交通不中断差异沉降控制标准较高等需求导致旧路路面区域难以进行基础加固地区基础压缩模量不变无法加速施工(包括预压阶段)的沉降速度同时施工后(新的路基铺砌完成)该地区的软土地基仍存在着较大的沉降这是影响老路施工质量的重要原因要解决这个问题必须在新道路加宽地段进行基础加固时改变二次附加应力场的分布以减少旧路路基(特别是软土所处深度)的二次附加应力从而减少路基整体沉降达到控制差别沉降的目的本工程从软土地基沉降的基础理论出发根据城市道路加宽工程的应力、变形特点总结国内外软基治理的经验并在此基础上进行创新持续探索更多方式力求实现环境保护与节约投资的协同 采用土工格栅、土工网、路基开挖台阶等方法有效的平衡加宽路面附加应力水平减少差异沉降 在土中适当设置土工格栅最大限度地发挥其抗剪强度的同时实现竖向应力和水平应力的显著减少在公路拓宽工程中利用 对新填筑的路基和已有路基进行整体加固有效地改善路基承载力减少道路堤段的不均匀沉降从而提升路堤的稳定性能 在路基加宽工程中使用土工格栅增大新旧路基界面提高结合面的摩擦力和抗剪强度确保新旧路基的整体性能 结束语结合市政道路拓宽工程的受力和变形特点对沉降变形进行分析 结合项目的具体情况对新老路基的不同沉降特征进行详细分析并进一步探讨影响因素 在建立路面模型对市政道路应力场分布进行计算并对道路在使用期间不同阶段所经受的附加应力进行分析的基础上对不同泊松比和模量条件下的地面沉降差异进行对比并提出了相应的防治对策 在未来应坚持积累并提高地基沉降治理的经验不断探索和创新拓宽路基差别沉降的处治方法做到规范控制公路施工参考文献:杨志伟杨东兴江振华等.拓宽道路差异沉降的新型处治方式.山西建筑():.王海军.市政道路拓宽改造工程中的常见问题及处理方法.工程建设与设计():.王建伟.城市道路改扩建工程路基拼接技术探讨.交通世界():.刘彬.立体改扩建道路桥墩与高填方拓宽路基交叉影响研究.公路():.陈晓鹏郭颖钊张浩等.狭长型真空预压区边界影响及处理效果模拟分析.黑龙江交通科技():.朱绍勋.软土条件下拓宽道路路基差异沉降分析.工程技术研究():.王刚张鹏.市政道路旧路拓宽新旧路基变形协调综合处治措施.黑龙江交通科技():.候志峰靳灿章.软土地区道路加宽工程路基差异沉降特性研究.城市道桥与防洪():.