季凍區(qū)高等級公路加寬對路基變形影響研究.pdf

1、高等級公路加寬路基變形是影響加寬后公路的使用壽命、行車舒適的關鍵問題,而我國季節(jié)性凍土面積超過了全國面積的一半,開展季凍區(qū)高等級公路加寬對路基變形影響研究,對于在加寬工程中充分考慮季節(jié)性凍融的影響,有效控制新舊路基的整體穩(wěn)定性和不均勻沉降,減少由此引起的上部路面結構層的開裂、破壞,降低管理、養(yǎng)護費用,保證加寬公路的質量,保持良好行車狀況,具有特殊的理論與實踐意義。本文結合同三公路方正至哈爾濱段公路加寬項目,通過室內試驗、回歸計算、理論分

2、析、現場監(jiān)測、數值模擬等方法,研究了不同條件下路基土的強度指標和抗剪強度變化規(guī)律、試驗段加寬路基變形特性和不同工況加寬路基變形特性等。主要工作包括路基土工程性質試驗研究、凍融循環(huán)后路基土強度指標變化規(guī)律及數學模型研究、現場監(jiān)測數據分析、不同工況加寬路基變形數值分析,主要研究內容和成果如下:
　　 (1)通過室內土工試驗結果分析,給出了加寬路基壓實度標準建議值,總結了含水率、壓實度變化對路基土強度指標影響規(guī)律,得出了在路基土中加入

3、不同屬性的土工格柵時強度指標和抗剪強度變化規(guī)律,得出了筋土界面剪應力、剪切位移、法向應力和含水率之間的相互影響規(guī)律,確定了進一步分析時有限元所需參數。
　　 (2)凍融循環(huán)三軸試驗結果表明,隨著凍融次數的增加,土的粘聚力逐漸減小,內摩擦角逐漸增大,但增大幅度較小,同一壓實度下含水率高的土體粘聚力降低幅度較大。利用MATLAB數學分析軟件對試驗數據進行回歸,建立了凍融路基土的粘聚力c、內摩擦角φ的回歸方程,回歸方程可進行凍融路基土

4、強度指標預測。
　　 (3)對試驗路段的觀測斷面進行了加寬路基的分層沉降、水平位移、孔隙水壓力及土壓力的試驗監(jiān)測,通過分析得出,加寬路基在分層填筑過程中分層沉降具有明顯的加速過程,側向變形、土壓力和孔隙水壓力不斷增大,新路基填筑結束后,土壓力穩(wěn)定,土在固結過程中超孔隙水壓力有明顯的消散過程;在新填路基土作用下新舊路基出現差異沉降,隨著填筑速率增大,沉降速率增大,側向變形增長速度也較快,最大側向位移深度在新填路基坡腳處比舊路基路肩

5、處大;在土體固結沉降基本完成的時候,路基和地基處于較為穩(wěn)定的狀態(tài),新舊路基沉降緩慢,差異沉降率基本穩(wěn)定。
　　 (4)通過路基土室內試驗確定有限元所需參數,利用有限元對現場施工進行仿真模擬,新路基路肩處、新舊路基結合處和舊路基路肩處不同深度的橫向變形、豎向變形的有限元計算結果與實測值吻合較好,變形規(guī)律一致。
　　 (5)利用有限元進行了加寬方式、臺階開挖填筑、填土高度、填筑速率、使用土工格柵、凍融循環(huán)6種不同工況的數值仿

6、真模擬,分析了公路加寬各工況對路基變形的影響,尤其對新舊路基結合處、新路基路肩、新路基坡腳、加寬后路基頂面、新路基坡腳外地基等典型位置的變形進行了對比研究,得出了不同工況對路基變形影響的規(guī)律。結合有限元計算結果分析,在季凍區(qū)高等級公路加寬工程中,為有效控制變形、避免施工塌方等,推薦采用高度100cm、寬度150cm路基開挖填筑方式;為減小加寬路基變形和差異沉降,推薦在新路基底部鋪設2層土工格柵;為減小凍融對路基安全性的影響,建議控制含水