山區(qū)高速公路涵—土作用機理及路基處理研究.pdf

1、山區(qū)高速公路建設中，高填方涵洞應用廣泛，現(xiàn)行公路橋涵設計通用規(guī)范中的線性土壓力理論未能準確反映涵洞的受力狀態(tài)。由于涵頂土壓力計算方法和地基處理方法不當，導致涵洞在施工或使用過程中出現(xiàn)不同程度的病害。此外，路線穿越山澗谷地時，軟土厚度和成分分布極不均勻，在軟土地基上填筑高路堤常常面臨地基承載力不足，整體或局部失穩(wěn)，沉降、差異沉降及水平位移過大等問題。本文針對山區(qū)高速公路中高填方涵洞和高填方路基處理兩大問題展開系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容如下：

2、 （1）通過現(xiàn)場試驗、理論分析和有限元數(shù)值模擬手段研究了路堤填土－涵洞－地基之間的相互作用機理，系統(tǒng)分析了地形條件、地質(zhì)條件、路堤填料性質(zhì)、涵洞幾何尺寸、偏載效應等因素對涵－土體系的受力狀態(tài)和變形特性的影響，討論了涵洞基礎埋深效應、寬度效應和固結(jié)對地基承載力的影響，提出了基于變形協(xié)調(diào)的高路堤下涵洞地基設計方法。 （2）將雙向增強體復合地基法應用于山區(qū)高速公路路基處理，通過理論分析和有限元數(shù)值模擬研究了高路堤下雙向增強體復合地基

3、的作用機理和作用效果，詳細討論了筋材性質(zhì)、加筋層數(shù)、樁墻性質(zhì)、樁墻距徑比、樁墻深度、路堤填料性質(zhì)、地基土性質(zhì)及接觸界面強度等因素對雙向增強體復合地基工作性狀的影響；同時分析了多種條件下，加載和固結(jié)過程中，軟土地基中超靜孔隙水壓力的分布特性和隨時間的變化規(guī)律，探討了雙向增強體復合地基的時效性。 通過上述研究，得出了如下主要結(jié)論： （1）涵頂土壓力隨路堤填土高度的增加呈非線性增長，研究結(jié)果表明，采用現(xiàn)行公路橋涵設計通用規(guī)范計

4、算寬溝谷溝埋式涵洞（）和上埋式涵洞的涵頂土壓力是不安全的。 （2）現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬驗證了涵頂?shù)瘸撩娴拇嬖诤吞钔羶?nèi)部的土拱效應。土拱效應能夠緩解涵頂?shù)耐翂毫鞋F(xiàn)象，但其具有不穩(wěn)定性。 （3）路堤填土－涵洞－地基作用機理受到地形條件、地質(zhì)條件、填料性質(zhì)、涵洞幾何尺寸、偏載效應、埋設型式、基礎的埋深效應、寬度效應和軟土固結(jié)的影響，涵洞結(jié)構(gòu)和地基設計應綜合考慮上述因素的影響。 （4）研究表明，雙向增強體復合地基法應用

5、于山區(qū)高速公路軟基處理，能夠很好地控制路堤沉降和不均勻沉降、減小側(cè)向位移、提高路堤的穩(wěn)定性。 （5）受路堤側(cè)向滑移和豎向荷載作用，筋材內(nèi)部拉力呈非線性分布。從總體變化趨勢看，由路堤中心向邊緣呈減小趨勢，但是在豎向荷載作用下，由于筋材張力膜效應，樁間部分的筋材拉力小于樁頂部分的筋材拉力，在樁頂邊緣處筋材拉力突然增大；另一方面，受路堤側(cè)向滑移的影響，路肩附近筋材拉力最大。 （6）沿路堤橫向，樁頂水平位移隨著距路堤中心距離的增

6、大而增加，邊樁水平位移最大；樁身最大軸力發(fā)生在路堤底面中心處，隨著距路堤中線距離增大而減小，但在路肩附近樁身軸力有所增加；由于路堤側(cè)向滑移作用，樁身產(chǎn)生較大彎矩，最大彎矩發(fā)生在路肩附近的樁墻內(nèi)部。 （7）高路堤下雙向增強體復合地基的工作性狀受筋材模量、加筋層數(shù)、樁墻模量、樁墻距徑比、接觸界面強度、路堤填土性質(zhì)、樁墻深度、地基土性質(zhì)、固結(jié)時間、加載方案等眾多因素的影響，雙向增強體復合地基設計應綜合考慮各因素的影響。 （8）