高速公路软土路基拓宽变形性状与时间效应研究

摘要：随着我国经济的快速发展，对高速公路的建设要求越来越高，现在一些早期建设的高速公路已经不能满足经济发展的需要，在此种情况下高速公路的扩建工程也是越来越多。在高速公路的扩建当中需要解决的最重要的问题就是新地基与原有地基之间的裂缝以及存在的不均匀沉降的和收缩的问题，尤其是在软土地基路段显得更为重要，要想彻底解决这一问题必须掌握软土路基拓宽变形性状与时间效应。本文主要根据现有的研究资料，从工程建设的实例出发，详细分析软土路基拓宽变形性状与时间效应，并提出了一些技术措施，以期能够解决高速公路路基拓宽中出现的一些常见病害，提高高速公路扩建项目的施工质量。

关键词：软土路基；变形；时间效应

Abstract: along with the rapid economic development of our country, for highway construction demand is higher and higher, and now some early construction of highway can't meet the needs of economic development, in such a situation of highway expansion project is also more and more. In the highway expansion of the need to solve the most important problem is a new foundation and the original foundation of crack and existing between the uneven settlement and contraction of the problem, especially in the soft soil foundation is more important sections, to thoroughly solve the problem must master the soft soil subgrade broaden the deformation behavior and time effect. In this paper, according to the existing research material, from the start of the engineering construction example, detailed analysis of soft soil subgrade broaden the deformation behavior and time effect, and puts forward some technical measures, to broaden the solution to the freeway roadbed appeared in some common diseases, improve the quality of the construction of the highway expansion project.

Key words: soft soil subgrade; Deformation; Time effect

中图分类号：U213.1 文献标识码：A文章编号：

1模型选取和基本参数

1.1模型选取

考虑到计算及研究的需要本研究选择所需参数较少的Mohr-Coulomb模型，其基本的计算方位为有限元计算方法。某高速公路扩建项目为江西省重点工作，根据该工程的实际建设需求确定计算结果如下：具体的计算过程为沿路基中心对称面取1/2计算，其中路基宽度方向取大于2倍加固区宽度，路基的计算尺寸为：宽*深度即27.5m*60m。其中路面宽度为26/2m。实验地点的软土路基主要是由粉质粘土、淤泥质亚粘土及粉质粘土三层组成的。该工程设计路面厚度为70cm，设计自重为21kN/cm3，设计路面载荷为15kPa。

1.2基本参数

新老路堤及路基参数在不考虑基土强度差异的基础上，参数选择具体如下：表1、表2

表1 老路堤土计算参数

层位 填土厚度重度抗剪强度弹性模量泊松比

（m） （kN/ cm3） c（kPa） （°） Es（MPa） V

95区 0.3 22 30 2512 0.30

93区 0.5 21 16 2510 0.31

90区 2.8-6.2 218 23.5 8 0.33

表2 新路堤土计算参数

层位 填土厚度重度抗剪强度弹性模量泊松比

（m） （kN/ cm3） c（kPa） （°） Es（MPa） V

96区 0.3 22 40.8 25.213 0.28

94区 0.5 21 16.7 2511 0.30

93区 2.8-6.2 21 13 20 9 0.32

2.不同拓宽宽度的下公路路基应力与变形分析

一般情况下高速公路拓宽宽度有三种，也就是4.0m、8.25m和12.5m，虽然还有其它宽度但是并不具典型代表性，因此在这里就不再做详细的分析，只对这三种情况下路基应力与变形分布进行分析。

2.1拓宽4.0m时路基应力与变形分析

高速公路路面拓宽4.0m的情况下，通过分析其附加应力的分布情况可以发现，此时路基内的最大竖向附加应力发生在距离拓宽路面坡脚的0.48B内的原有地表处，具体的附加应力值为-47.5kPa，同时可以发现除了坡脚这个地方的应力值偏大以外，其它地方的应力值均比较小。而通过计算可以发现路基内最大的附加剪应力比较高的地方有两点，分别在距离拓宽路堤坡脚的0.12B处的原地表，和距离拓宽路堤0.24B内的原地表，两处的附件剪应力值分别为16.8kPa和-10.2kPa。此时拓宽路基变形分布上可以看出，路基的最大竖向变形位置与竖向的附加应力最大位置是在同一位置，经过测量可以发现在10.7cm，而最大水平位移则发生在两个位置，其中向陆地外的最大位移值为2.06cm，一般位于拓宽路基坡脚为的0.24B处，距离地面约为6.1m，向陆地内侧位置的最大位移约为-1.44m，位于坡脚内的1.56B，距离地面约为4.5处。而从拓宽路基和原路面的沉降情况来看，最大的沉降发生在拓宽路面的坡肩位置，沉降为10.60cm，而原路基的沉降比新路基的沉降稍大一些，约为10.70cm，一般在距离陆地坡脚的0.57B处。

2.2拓宽8.25m时的路基应力与变形

当路面路面拓宽宽度达到8.25m，此时可以发现拓宽路面附加应力的分布情况，通过计算可以得知在此宽度下路基内的最大竖向附加应力在距离拓宽路面坡脚的2.56B内的原有地表处，其附加应力值达到-45.6kPa，除了这一地方的附加应力值均在5kPa以内。而通过计算可以发现路基内最大的附加剪应力比较高的地方与4.0m的时候基本一样，也有两点分别在距离拓宽路堤坡脚的0.12B、0.24B内的原地表，其附加剪应力值经过测量和计算为14.8kPa和-13.2kPa。通过拓宽路基变形分布分析，可以发现与4.0一样拓宽8.25m路基的最大竖向变形位置与竖向的附加应力也发生了重叠的现象，一般发生在距离新路基坡脚的14.6cm。最大水平位移也发生在两个位置，向外和向内的最大位移值分别是2.14cm和-1.44m，距离地面分别为4.6m和4.7m。而从拓宽路基和元路面的沉降情况来看，最大的沉降发生在拓宽路面的坡肩位置，沉降为9.60cm，而原路基的沉降比新路基的沉降稍大一些，约为10.20cm，在距离路基坡脚的0.57B处。

2.3拓宽12.5m时的路基应力与变形

当高速公路的路面拓宽宽度为12.5m时，路基的竖向附加应力在距离拓宽路面坡脚的1.17B内的原地表位置，其附加竖向应力为-82.4kPa，其余地方的应力情况与上述两种情况相同，竖向应力值均很小。路基内的最大剪应力一处分布在距离拓宽路基的0.18B原地表处，最大附加剪应力味24.7kPa，另一处在距离拓宽路基的2.02B内，最大附加剪应力味-20.4kPa。。路基最大竖向变形位置与竖向附加应力的位置也基本上重叠，在26cm左右。水平位移也有向内和向外的两个，其中路基外的位移达到6.35cm，在距离路基坡脚的0.05B，距离地面约为5.3m，向内的位移在拓宽路基的2.35B处，距离地面约为5.0m。沉降的情况来看，当公路拓宽到12.5m的时候，路面的沉降相比前两种比较严重，其中路面的最大沉降达到27.36cm，路基的最大沉降也达到了26.cm，二者在水平位置上也处于相同的位置。

3.结论

通过对上述三种不同宽度下应力与变形分析，可以发现高速公路路基宽度的增加，路基内的最大竖向附加应力也在逐渐的增加，发生位置距离新路基坡脚位置呈现越来越远的趋势。路基内最大附加剪应力与最大竖向附加应力发生的位置基本上是重叠的，且是随着路面宽度的增加而不断的增大，向内的最大附加剪应力发生的水平位置随着路面宽度的增强逐渐靠近路基的中心位置。

参考文献：

[1]于国锋，杨志武，欧阳伟.浆喷桩加固高速公路拓宽工程软土地基的数值模拟[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2006，8(3):6-7

[2]李茂英，曾庆军，莫海鸿等.高速公路拓宽工程沉降控制复合地基优化设计[J].岩土力学，2008，29(2):535-540

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