路基拼接方式及寬度對差異沉降的影響

舒士琪

摘要：為了研討路基拼接形式以及寬度對于差異沉陷的影響，采用有限元剖析軟件ANSYS立路基沉陷分析模型，其中各項參數(shù)值依據(jù)安新公路拓寬工程項目的實際路基幅度、拓寬形式及水文地質(zhì)前提等等綜合狀況展開制訂。系統(tǒng)評價了單側(cè)加寬及雙側(cè)加寬兩種形式，在不同加寬幅度之下對于拓寬路基沉陷的影響、拓寬路基頂面最大差異沉陷的變動及對于拓寬路基總體水平位移的影響。結(jié)果顯示對單側(cè)及單側(cè)加寬，隨著加寬幅度的增長，老路軸線沉陷漸漸增長，并且雙側(cè)加寬會使加寬路堤重量調(diào)配到舊路基頂部，極大地改善了新舊路基沉陷協(xié)調(diào)狀態(tài)，對于路面框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)有利。

關(guān)鍵詞：單側(cè)加寬;雙側(cè)加寬;路基沉降;最大差異沉降;路基水平位移

一、有限元計算模型的建立

（一）由于路基沉降影響因素的復(fù)雜性，綜合考慮計算簡化和計算精度的要求，現(xiàn)對計算模型進(jìn)行如下簡化和假定：

（1）按平面問題考慮，進(jìn)行二維有限元分析;

（2）土體為彈塑性材料，采用Drucker-Prager模型進(jìn)行模擬;

（3）新舊路基接觸面完全連續(xù)，且不發(fā)生滑移;

（4）邊界條件：地基底面為xy兩個方向完全約束，地基寬度兩側(cè)x向約束;

（二）關(guān)于模型簡化和假設(shè)的幾點(diǎn)說明：

（1）以往對路堤、隧道、水壩等無限長帶狀物體的研究，常常認(rèn)為不會沿延伸方向發(fā)生變形，可以簡化成平面應(yīng)變問題進(jìn)行分析。從宏觀上看路堤應(yīng)變是平面應(yīng)變問題，因此，在ANSYS有限元分析中采用板體plane42單元，plane42單元為空間4節(jié)點(diǎn)等參元。

（2）把地基和路基看作固結(jié)沉降已經(jīng)全部完成，在自身重力作用下不會再發(fā)生沉降，但在外力作用下將會再次發(fā)生沉降。因此，舊路堤在拓寬后的沉降完全是由于新路堤的作用力產(chǎn)生的。

（3）壓縮層厚度的確定。地基壓縮層厚度z。指路基下地基土體中，在荷載作用下發(fā)生壓縮變形的土層的總厚度，它的大小從路基底面算起，下限的深度按下式（2-1）確定：

若在zn范圍內(nèi)存在不可壓縮層（如堅硬巖層），則應(yīng)把該層頂面視為壓縮下限;若按式（2-1）計算確定的壓縮層厚度以下仍存在十分軟弱的土層，其壓縮變形仍不可忽視，則宜適當(dāng)加大zn的深度，計算其壓縮沉降量。

二、拼接方式及寬度對差異沉降的研究

（一）單側(cè)加寬

依照上述的計算分析模型，結(jié)合實體工程項目，取路基高度為4m，邊坡為1：1.5，新路基填料抗壓位移模量為40Mpa，舊路基抗壓位移模量為50Mpa，地基縮減模量為4Mpa，當(dāng)單側(cè)加寬幅度為4m、8m、12m、16m，即分別對應(yīng)一個車道、兩個車道、三個車道及四個車道時對于拼接路基的影響

應(yīng)由見圖3-3可以想見，對單側(cè)加寬，隨著加寬幅度的增長，老路軸線沉降漸漸增長。應(yīng)由原先的四車道變動到五車道、六車道、七車道、八車道時候，老路軸線附加沉降也很小，然而沉降態(tài)勢先減小而后增大。隨著拼接幅度的增長，在增長的幅度不太大時新加寬部分對于老路軸線處的影響要變大，但是當(dāng)拓寬幅度很大時候沉降態(tài)勢也漸漸增大。

當(dāng)拼接間距小于12m時候，沉降最大值發(fā)生在路基邊際;當(dāng)間距增長至12m之后，沉降最大值發(fā)生位置出現(xiàn)了變動，而是不太發(fā)生在新路基邊際，而在路基邊際依靠外側(cè)3m即硬邊溝中間位置，即拼接間距在12m以上，路基頂面的沉降也開始增大，還就是在拼接部分路基頂面發(fā)生反坡。當(dāng)拼接間距很大時候，拼接路基頂面的反坡亦難在降雨時候發(fā)生積水現(xiàn)象，導(dǎo)致空氣侵害而是影響路面的選用基本功能。

（二）雙側(cè)加寬

計算分析模型與計算參數(shù)值同單側(cè)拼接，因為路基呈對稱框架結(jié)構(gòu)，取一半路基計算，雙側(cè)加寬時候拼接間距分別為4m、8m、12m、16m、24m時對于拼接路基的影響，調(diào)配到頂部，亦每側(cè)加寬分別為2m、4m、6m、8m、12m，分別對應(yīng)加寬一個車道、兩個車道、三個車道、四個車道及六個車道。

當(dāng)拼接4m時，新舊路基最大差異沉降為3.11cm，而當(dāng)拼接路基拓寬寬度從4m增加到8m時，最大差異沉降增加到6.19cm，增加值為3.08cm;當(dāng)拼接寬度從8m增加到12m時，最大差異沉降增加到8.78cm，增加了2.59cm;當(dāng)拼接寬度從12m增加到16m時，最大差異沉降增加到11.47cm，增加了2.69cm;當(dāng)拼接寬度從16m增加到24m（增加8m）時，最大差異沉降增加到15.01cm，增加了3.54cm?？傊S著拼接寬度的增加，新舊路基最大差異沉降逐漸增大。

三、結(jié)論

（一）對于單側(cè)和雙側(cè)加寬，隨著加寬寬度的增加，老路中線沉降逐漸增加。

（二）通過對比單側(cè)加寬和雙側(cè)對稱加寬，對于相同的拼接寬度，雙側(cè)加寬能使得加寬路堤重量分配到舊路基兩側(cè)，極大地改善了新舊路基沉降協(xié)調(diào)狀態(tài)，對路面結(jié)構(gòu)的受力有利。

（三）雙側(cè)拼接可以減少拼接所需土石方量。但是，雙側(cè)拼接也加大了工程的施工難度和費(fèi)用，并給施工期間開放交通的管理帶來一定困難。

（四）在公路單側(cè)拼接過程中應(yīng)限制拼接寬度，建議拼接8m，即拼接2車道為宜。