高速公路拓宽工程路基差异沉降及控制技术研究
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摘要
近年来国内已有多条高速公路进行了改扩建工程,但是较为普遍的问题是,新老路基存在差异沉降,并进而引起更多路面和路基病害,影响了行车的舒适性和快捷性,降低了道路通行能力,严重影响了高速公路的经济和社会效益。高速公路路基的加宽工程要考虑新老路基之间的差异沉降问题,并保证新老路基之间的有效连接。因此,有必要对改扩建高速公路新老路基的差异沉降及其控制技术进行深入研究。主要内容归纳如下：
(1)拓宽路基差异沉降特性及主要影响因素变化规律
在调研国内外高速公路改扩建实践的基础上,分析了拓宽公路工程的病害及原因；针对平原区高速公路,结合安新高速扩建工程的拓宽方式和工程实际条件,选取典型路段,采取有限元方法,从沉降、水平位移和应力等全面分析了拓宽路基的差异沉降特性；并应用正交试验法对其显著程度进行了排序。同时针对不同的影响因素,深入分析了差异沉降变化规律,在此基础上研究了采取不同工程措施降低差异沉降的可行性。
(2)差异沉降对路面结构的力学影响
建立有限元分析模型,计算分析了不同差异沉降对路面结构各层附加应力的影响及路面不同深度的变化；分析了某一差异沉降下路面各层附加应力随着各结构层不同厚度和模量的变化规律,并对路面结构层参数进行了敏感性分析,指出了主要因素。
(3)差异沉降的控制标准及分级
在路面结构分析的基础上提出了考虑路面结构性要求和功能性要求的差异沉降控制标准,并结合依托工程进行了相应的分级。
(4)差异沉降控制技术及效果分析
从老路边坡削坡、台阶开挖尺寸、土工格室各种工况及冲击压实在地基填前碾压和路基冲击补压中的应用等对差异沉降控制技术及效果进行了较全面的分析,在计算及分析基础上提出了相应的建议措施。
(5)离心模型试验及试验段铺筑与分析
选取了试验路段,采取多种方案进行处理,埋设沉降观测仪器,通过理论分析与现场试验及观测相结合,研究了高速公路改建工程中降低新老路基差异沉降的主要技术及其效果；同时结合试验路不同方案,采用离心模型试验首次对新老路基拼接时以土工格室为主的多种土工合成材料的加筋方案进行了观测及对比分析；并对多种方案进行了经济性分析,提出了合理的技术方案。
论文所分析及提出的针对平原区高速公路改扩建工程的降低新老路基差异沉降的控制技术,为以后相关项目的科研、设计、施工及规范的编制提供了较为有价值的技术参考与依据,具有一定的经济效益和社会意义。
Many widening expressways have been constroctde in our country recently, but differentia settlement occurs universally between the new embankment and the old one, which arouses more distress on the pavement and embankment. Therefore, the comfort and speediness of vehicles are affected, the capacity is reduced, and the economical and social benefit is affected too. So the differentia settlement in widening project should be paid attention to, and efficient joint of the new and old embankment should be ensured, so it is necessary to study the differentia settlement and its controlling technology. The main achievements of this paper are as follows:
(1) The differentia settlement characteristics and variational rules of influencing factors
On the basis of investigating the expressway widening projects at home and abroad, the distress and its reasons are analyzed. Aiming at expressways at plain, combining the widening modes and practical conditions of Anxin widening expressway, selecting typical section, the differentia settlement characteristics is elaborated from these aspects such as settlement, level displacement and stress with finite element method. The variational rules of influencing factors are thoroughly analyzed, the notable degree of these factors are arranged by perpendicular test, and engineering measures are proposed to reduce the differentia settlement based on these.
(2) Mechanical influence of differentia settlement on pavement structure
By establishing finite element model, the influence of differentia settlement on additional stress of pavement structure and their variety at different deepness are calculated.The rules of additional stress with different thickness and modulus in every structure layer are found out, the sensitivity of structure parameters is analyzed, and the main factor is put forward.
(3) Controlling criterion of differentia settlement and its classification
Based on analysis of pavement structure, taking into account the request of structure and functionality of pavement, the controlling criterion of differentia settlement is put forward. And the corresponding classification is done combining the supporting project.
(4) Analysis on controlling technology of differentia settlement and effect
The controlling technology of differentia settlement and effect are analyzed from such aspects as grade reduction of the old embankment, the dimension of digging steps, every performance of geocell and the application of percussive compaction. On basis of calculation and analysis, corresponding measures are suggested.
(5) Centrifugal model test and the pave and analysis of test section
Selecting test section, adopting manifold scheme, combining the theory and field test, the main technologies and effect of depressing differentia settlement are studied. The schemes of several geosynthetics mainly with geocell are firstly carried out by use of centrifugal model test and their economic analysis are made, rational technological measures are advanced.
The controlling technology of differentia settlement in allusion to widening expressway at plain provides valuable reference for scientific research, designing work, construction and specifications of correlative projects, which has much economical and social benefit.
(1)拓宽路基差异沉降特性及主要影响因素变化规律
在调研国内外高速公路改扩建实践的基础上,分析了拓宽公路工程的病害及原因；针对平原区高速公路,结合安新高速扩建工程的拓宽方式和工程实际条件,选取典型路段,采取有限元方法,从沉降、水平位移和应力等全面分析了拓宽路基的差异沉降特性；并应用正交试验法对其显著程度进行了排序。同时针对不同的影响因素,深入分析了差异沉降变化规律,在此基础上研究了采取不同工程措施降低差异沉降的可行性。
(2)差异沉降对路面结构的力学影响
建立有限元分析模型,计算分析了不同差异沉降对路面结构各层附加应力的影响及路面不同深度的变化；分析了某一差异沉降下路面各层附加应力随着各结构层不同厚度和模量的变化规律,并对路面结构层参数进行了敏感性分析,指出了主要因素。
(3)差异沉降的控制标准及分级
在路面结构分析的基础上提出了考虑路面结构性要求和功能性要求的差异沉降控制标准,并结合依托工程进行了相应的分级。
(4)差异沉降控制技术及效果分析
从老路边坡削坡、台阶开挖尺寸、土工格室各种工况及冲击压实在地基填前碾压和路基冲击补压中的应用等对差异沉降控制技术及效果进行了较全面的分析,在计算及分析基础上提出了相应的建议措施。
(5)离心模型试验及试验段铺筑与分析
选取了试验路段,采取多种方案进行处理,埋设沉降观测仪器,通过理论分析与现场试验及观测相结合,研究了高速公路改建工程中降低新老路基差异沉降的主要技术及其效果；同时结合试验路不同方案,采用离心模型试验首次对新老路基拼接时以土工格室为主的多种土工合成材料的加筋方案进行了观测及对比分析；并对多种方案进行了经济性分析,提出了合理的技术方案。
论文所分析及提出的针对平原区高速公路改扩建工程的降低新老路基差异沉降的控制技术,为以后相关项目的科研、设计、施工及规范的编制提供了较为有价值的技术参考与依据,具有一定的经济效益和社会意义。
Many widening expressways have been constroctde in our country recently, but differentia settlement occurs universally between the new embankment and the old one, which arouses more distress on the pavement and embankment. Therefore, the comfort and speediness of vehicles are affected, the capacity is reduced, and the economical and social benefit is affected too. So the differentia settlement in widening project should be paid attention to, and efficient joint of the new and old embankment should be ensured, so it is necessary to study the differentia settlement and its controlling technology. The main achievements of this paper are as follows:
(1) The differentia settlement characteristics and variational rules of influencing factors
On the basis of investigating the expressway widening projects at home and abroad, the distress and its reasons are analyzed. Aiming at expressways at plain, combining the widening modes and practical conditions of Anxin widening expressway, selecting typical section, the differentia settlement characteristics is elaborated from these aspects such as settlement, level displacement and stress with finite element method. The variational rules of influencing factors are thoroughly analyzed, the notable degree of these factors are arranged by perpendicular test, and engineering measures are proposed to reduce the differentia settlement based on these.
(2) Mechanical influence of differentia settlement on pavement structure
By establishing finite element model, the influence of differentia settlement on additional stress of pavement structure and their variety at different deepness are calculated.The rules of additional stress with different thickness and modulus in every structure layer are found out, the sensitivity of structure parameters is analyzed, and the main factor is put forward.
(3) Controlling criterion of differentia settlement and its classification
Based on analysis of pavement structure, taking into account the request of structure and functionality of pavement, the controlling criterion of differentia settlement is put forward. And the corresponding classification is done combining the supporting project.
(4) Analysis on controlling technology of differentia settlement and effect
The controlling technology of differentia settlement and effect are analyzed from such aspects as grade reduction of the old embankment, the dimension of digging steps, every performance of geocell and the application of percussive compaction. On basis of calculation and analysis, corresponding measures are suggested.
(5) Centrifugal model test and the pave and analysis of test section
Selecting test section, adopting manifold scheme, combining the theory and field test, the main technologies and effect of depressing differentia settlement are studied. The schemes of several geosynthetics mainly with geocell are firstly carried out by use of centrifugal model test and their economic analysis are made, rational technological measures are advanced.
The controlling technology of differentia settlement in allusion to widening expressway at plain provides valuable reference for scientific research, designing work, construction and specifications of correlative projects, which has much economical and social benefit.
引文
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