泡沫輕質(zhì)土加寬高速公路路基的應(yīng)力觀測與分析

沈可，李洪亮，路旭

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051;2.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津300401)

泡沫輕質(zhì)土加寬高速公路路基的應(yīng)力觀測與分析

沈可1，李洪亮1，路旭2

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051;2.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津300401)

通過預(yù)先埋設(shè)的設(shè)備，對泡沫輕質(zhì)土加寬高速公路路基的受力特性進(jìn)行了實(shí)際觀測與分析，得出了泡沫輕質(zhì)土填筑高速公路加寬路基時(shí)的受力規(guī)律，為高速公路擴(kuò)建工程的斷面優(yōu)化打下了基礎(chǔ)。

公路工程;泡沫輕質(zhì)土;路基;加寬;應(yīng)力

1 工程概況與設(shè)備埋設(shè)

本文研究是泡沫輕質(zhì)土加寬唐津高速公路的路基工程。唐津高速公路天津段全長約126.66 km，雙向四車道，2003年全線通車。隨著交通量的不斷增長，通行能力已經(jīng)不足，因此，2011年開始加寬擴(kuò)建，2014年10月完工。

唐津高速公路加寬擴(kuò)建工程中，由于場地限制、工期等因素，部分路段采用泡沫輕質(zhì)土填筑加寬部分路基，以便在保證工程質(zhì)量、施工方便性的基層上提高施工速度。為了研究泡沫輕質(zhì)土加寬高速公路路基的受力情況，預(yù)先在加寬路基的不同部位埋設(shè)了土壓力盒。

2 泡沫輕質(zhì)土加寬路基的現(xiàn)場應(yīng)力監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場的工程情況，實(shí)測得到不同時(shí)期不同位置的路基受力情況(各土壓力盒的觀測值)，如圖1所示。

2.1 拓寬路基基底附加壓力的監(jiān)測分析

如圖1所示，在輕質(zhì)土澆筑過程中，1、3號盒的土壓力值大于2號盒，在包邊土及路面結(jié)構(gòu)荷載施加后，2、3號盒的壓力值上升明顯并超過1號盒，且靠近內(nèi)側(cè)的2號盒小于3號盒。而對于22、23號盒，在輕質(zhì)土拓寬施工的各階段，位于基底內(nèi)角點(diǎn)處的23號盒土壓力均大于22號盒，在包邊土結(jié)構(gòu)施工后22號的盒土壓力增長明顯，但23號的土壓力值始終大于22號盒。

圖1 各澆筑斷面的土壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)

主要原因是當(dāng)加寬路基高度小于5 m時(shí)，放坡較短，使得新路基對舊路基的附加作用較弱，因此在容重較小的輕質(zhì)土本身澆筑過程中，基底埋置的壓力盒1～3的上覆壓力值與輕質(zhì)土拓寬路基荷載分布形式有關(guān)，由于內(nèi)外側(cè)的臺階放坡結(jié)構(gòu)，使得輕質(zhì)土拓寬路基荷載近似為平行四邊形分布，所以1號盒的壓力值要大于外側(cè)的2、3號盒，且因輕質(zhì)土的板體性使得中部的2號盒壓力較靠近外側(cè)的3號盒稍小。而在包邊土荷載施加后，因泡沫輕質(zhì)土的容重較外側(cè)的包邊土結(jié)構(gòu)容重小很多，使得靠近外側(cè)的3號盒在其上覆蓋的包邊土荷載的較大作用力下，壓力值超過內(nèi)側(cè)的1、2號盒。另外，由于輕質(zhì)土材料本身的高抗壓強(qiáng)度及彈性模量，使得在其內(nèi)外坡腳點(diǎn)與舊路基、包邊土結(jié)構(gòu)銜接的附近區(qū)域存在較明顯的應(yīng)力集中，因此雖然在包邊土較大的自重荷載作用下，22號盒的壓力值增長幅度較大，但相比埋置在內(nèi)側(cè)角點(diǎn)處的23號盒，其壓力值仍稍小。

2.2 泡沫輕質(zhì)土澆筑層間的應(yīng)力監(jiān)測分析

對于臺階所在的澆筑層，在輕質(zhì)土澆筑過程中，9號盒的壓力值比10號盒大，處于臺階內(nèi)側(cè)角點(diǎn)附近的27號盒的壓力值比26號盒大;而在包邊土施工后，10號、26號盒的土壓力值增長較快并逐漸超過內(nèi)側(cè)的9號、27號盒，位于臺階外角點(diǎn)附近的5號盒壓力仍較小。

因?yàn)樵谂_階上，內(nèi)側(cè)的附加應(yīng)力大于外側(cè)，這與輕質(zhì)土板體在內(nèi)角點(diǎn)處形成搭接效果并在強(qiáng)度形成后因地基不均勻沉降而在拓寬路基內(nèi)產(chǎn)生較大的上部受拉、下部受壓的彎拉應(yīng)力，且在臺階外角點(diǎn)附近區(qū)域形成局部向上的豎向擠壓力有關(guān)。在臺階外側(cè)的澆筑層上，由于輕質(zhì)土本身的平行四邊形荷載分布，使得內(nèi)側(cè)土壓力大于外側(cè)(9號盒＞10號盒)，但在后期上方包邊土自重荷載作用下，10號盒土壓力增長幅度大并有超過內(nèi)側(cè)9號盒應(yīng)力的趨勢。

3 結(jié)束語

泡沫輕質(zhì)土是一種高流態(tài)、自成型、免壓實(shí)的輕質(zhì)材料，在公路路基加寬工程中應(yīng)用廣泛，本文通過預(yù)先埋設(shè)的土壓力觀測設(shè)備，對泡沫輕質(zhì)土加寬高速公路路基的受力特性進(jìn)行了實(shí)際觀測與分析，得出了泡沫輕質(zhì)土填筑高速公路加寬路基時(shí)的受力規(guī)律，為高速公路擴(kuò)建工程的斷面優(yōu)化打下了基礎(chǔ)。

［1］李洪亮，沈可.高填方、窄路基加寬方案探討［J］.華東公路，2014，207(3):18－20.

［2］蘇強(qiáng).路基擴(kuò)建工程中泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量控制［J］.公路，2013，(9):45－48.

［3］馮煒，雷學(xué)通，王新岐.現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究［J］.城市道橋與防洪，2015，(5):205－207.

A dissertation on stress observation and analysis of foamed light－weight soil widening expressway subgrade

SHEN Ke1，LI Hong－liang1，LU Xu2
(1.Tianjin Municipal Engineering Design＆Research Institute，Tianjin 300051，China; 2.Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China)

Through the embedded devices in advance，the stress characteristics of foamed light－weight soil widening expressway subgrade were observed actually and analyzed in this paper.The mechanical rules of foamed light－weight soil widening expressway subgrade were concluded.It can be used to optimize the section pattern of expressway widening project.

highway engineering;foamed light－weight soil;subgrade;widening;stress

U416

C

1008－3383(2017)04－0020－01

2016－06－08

沈可(1981－)，女，天津市人，高級工程師，主要從事道路與交通工程的設(shè)計(jì)與科研工作。