高速公路拓寬工程優(yōu)化設計研究的論文
摘要：基于高速公路拓寬工程沉降控制復合地基優(yōu)化設計，分析擴寬工程的沉降控制標準，闡述沉降控制的模型及條件以及計算結構，總結復合地基的優(yōu)化設計方法，通過(guò)這些方法改善擴寬工程的路基施工效果。
關(guān)鍵詞：高速公路；拓寬工程；復合地基
優(yōu)化城市經(jīng)濟和人口的增加，促使交通行業(yè)更加繁榮，目前很多工程針對高速公路進(jìn)行拓寬，緩解車(chē)輛通行的壓力。本次研究的高速公路其原路經(jīng)過(guò)多年經(jīng)營(yíng)，沉降已經(jīng)基本完成，在此基礎上進(jìn)行拓寬，會(huì )產(chǎn)生較多差異。新舊荷載在新老路基上具有明顯的體現，容易在擴建后出現路面開(kāi)裂等問(wèn)題。由此要對高速公路擴建工程的沉降情況進(jìn)行認真分析，掌握地基復合設計的優(yōu)化特點(diǎn)，并總結如下。
1擴寬工程的沉降控制標準分析
高速公路拓寬工程軟土地基會(huì )出現沉降，要想降低施工對原有路面的不良影響，應認真分析高速公路的沉降控制標準，掌握新老路基的差異。結合公路的固結程度不同，分析沉降差異，為符合地基的優(yōu)化設計奠定基礎。
1.1沉降控制標準
高速公路軟土地基進(jìn)行拓寬設計，需要掌握原有路基的沉降情況，分析新建路基與老路基之間的差異，并進(jìn)行有效控制。路基拼接中，新老路基的橫坡度變化應小于0.5%，針對原路中心的沉降附加值要控制在30mm內，否則路面會(huì )出現開(kāi)裂[1]。
1.2沉降控制標準的有限元分析
綜合分析高速公路拓寬工程，主要體現為平面變化，可以結合二維平面有限元進(jìn)行整體分析。這個(gè)過(guò)程需要利用對稱(chēng)性的特點(diǎn)，選取一般地基進(jìn)行分析。高速公路路面層、補強調平層均選用混凝土材料，非線(xiàn)性彈性計算�；鶎雍吐返烫钔�，需要利用特定材料計算彈塑性。針對沉降導致的路面結合變化，分析這種應力變化，要杜絕路堤的重力影響，不考慮穩定變化，運用20℃的材料進(jìn)行分析。拓寬工程中，土體、墊層和下臥層，均假設為各項均質(zhì)材料，在層與層之間沒(méi)有相對位移，主要是連續接觸。由此分析，拓寬路堤的接縫處能夠與原路堤形成一個(gè)整體。
2拓寬工程沉降控制的模型及條件控制
針對沉降控制模型，應計算出幾何數值，結合路段的標準橫斷面和路面結構方案，設計施工設計的簡(jiǎn)圖，其路面層如圖1所示。拓寬工程要注重邊界的控制，其中左邊界處于路的橫斷面橫線(xiàn)處，其在水平方向位移，上邊界和右邊界比較自由，這種條件下，需要研究沉降的原因與數值。針對路堤變形進(jìn)行較好設計，凸顯約束作用，完善擴寬工程施工[2]。路堤荷載是路堤地面處的位移量，要結合公路擴建以及沉降進(jìn)行有效設置。在模擬計算中，要掌握橫斷面的沉降分布，計算100個(gè)荷載時(shí)的沉降數值，并逐漸增加。
3混凝土路面計算結果
針對路堤底面施加位移之后，需要計算路面的附加拉、壓應力矢量圖。結合具體的數據圖表，能夠發(fā)現路基屬于沉降差異較大，補強調平層上部的受拉情況明顯，下部受壓，其附加的拉應力都在接縫處體現，所以主應力會(huì )與路面形成平行效果。針對路面頂面處、底面處的平層拉應力分析，其之間具有特定的聯(lián)系。路面附加應力的最大值，與施工預期相比，針對老路堤的接縫位置相差4m距離[3]。當新拓寬路面接近接縫位置2m，會(huì )出現較大的附加拉應力。針對施工后路基橫向沉降比與路面最大附加拉應力，能夠組成正相關(guān)系，這種條件下，拉應力與工后路基橫向沉降比之間經(jīng)過(guò)有限元結構分析，新老路基施工后沉降比為新老路基路拱橫向坡度變化值。實(shí)際計算中，沉降比為0.5%時(shí)，最大的附加應力能夠達到0.67Mpa，超過(guò)路面結構中的水泥穩定碎石水泥級配碎石的極限抗拉強度，所以在高速公路拓寬工作中，要將橫向坡度變化控制在0.45%以?xún)�，防止出現超額沉降。
4水泥土攪拌樁復合地基優(yōu)化設計
該高速公路拓寬工程，土層為軟塑性淤泥，層厚為7m，其層頂面埋深在1m左右。原有路面在軟土路基處理中，要使用塑料排水板。針對砂墊層以及其他軟土層的分布特點(diǎn)，要使用軟土處理方法，綜合比較拓寬路基，運用水泥土攪拌樁復合地基，樁長(cháng)為8m，直徑為0.5m，摻入的水泥比為15%。
4.1計算沉降拓寬工程路堤下的軟土地基變形計算，需要分析荷載分布特點(diǎn)，掌握新老路基的影響因素，這個(gè)過(guò)程很難進(jìn)行理論計算，一般的計算方法能夠進(jìn)行簡(jiǎn)化，但計算結果不夠準確[4]。目前選用有限元的處理方法，將高速公路拓寬工程環(huán)境模擬出來(lái)發(fā)，針對不規則的加寬路堤部分，可以使用網(wǎng)絡(luò )劃分成多個(gè)小單元，在多種形狀分析中都得到很好的使用。有限元分析法能夠再現地基軟土的變形規律、軟土固結規律以及應力等，在實(shí)際計算中，結合水泥土攪拌樁復合地基的沉降數值，然后繪制標準斷面的路基沉降曲線(xiàn)，得到沉降數值。由此分析拓寬路堤軟土地基經(jīng)過(guò)水泥土攪拌樁加固后，沉降會(huì )有所降低，最大沉降在6～8m內。路基沉降基本以老路堤坡腳為依據與軸線(xiàn)，逐漸向兩邊減少。在水泥土攪拌樁樁間距的作用下，從1.2m增加到1.6m，老路中心處的附加沉降約為0.5～1cm。
4.2設計優(yōu)化結合路基差異沉降計算結構，運用多種樁間水泥土攪拌樁復合地基都能夠滿(mǎn)足路基拱橫向坡度變化小于0.5%的差異沉降控制標準，但是應結合設計優(yōu)化，選取更加合理的樁間距。當差異沉降過(guò)大，超過(guò)路面結構差異沉降允許值時(shí)，路面結構遭到破壞，這種過(guò)高的面積置換率，無(wú)法有效提升路基沉降效果，反而造成浪費[5]。結合沉降控制標準，控制水泥土復合地基的面積置換率為8.9%，可以達到規定要求。如果面積置換率過(guò)高，這種設計形式過(guò)于保守，不夠經(jīng)濟。綜合考慮，本次計算中，主要采用樁土復合模量，充分發(fā)揮樁土協(xié)調作用，實(shí)際工程中，樁與土存在一定不協(xié)調，土比樁沉降大，導致總沉降值增加。實(shí)際計算中，復合地基的面積置換率比預期計算要大，本斷面水泥土攪拌樁復合地基的面積置換率為10.1%，由此選用剛度較大的樁頂墊層，避免柔性基礎對復合地基造成影響。承載力驗算中，水泥土攪拌樁復合地基的在樁體和褥墊層施工質(zhì)量可靠情況時(shí)，本次設計中，計算水泥土樁長(cháng)需要與設計相符，保證水泥滲入比15%。路面面積置換率為10.01%，這種條件下，復合地基承載力能夠達到150kPa，大于斷面設計預期荷載，由此要進(jìn)行有效協(xié)調。綜合以上分析，都體現了復合地基在拓寬工程進(jìn)行沉降控制的方法，通過(guò)沉降控制的數值影響，滿(mǎn)足經(jīng)濟性和建筑物結構。整個(gè)過(guò)程，要滿(mǎn)足路面施工效果，不會(huì )出現額外問(wèn)題。這種做法在高速公路拓寬工程地基處理較高的基礎上，具有重要意義，所以?xún)?yōu)化設計凸顯了實(shí)用效果。
5結論
關(guān)于高速公路拓寬工程沉降控制具體總結如下：
�。�1）高速公路的沉降控制標準，掌握新老路基的差異。路基拼接中，新老路基的橫坡度變化應小于0.5%，針對原路中心的沉降附加值要控制在30mm內，否則路面會(huì )出現開(kāi)裂。
�。�2）拓寬工程中，土體、墊層和下臥層，均假設為各項均質(zhì)材料，在層與層之間沒(méi)有相對位移，主要是連續接觸。
�。�3）路堤荷載是路堤地面處的位移量，要結合公路擴建以及沉降進(jìn)行有效設置。
�。�4）高速公路拓寬工作中，要將橫向坡度變化控制在0.45%以?xún)�，防止出現超額沉降。拓寬路基，運用水泥土攪拌樁復合地基，樁長(cháng)為8m，直徑為0.5m，摻入的水泥比為15%。
�。�5）繪制標準斷面的路基沉降曲線(xiàn)，得到沉降數值，結合設計優(yōu)化，選取更加合理的樁間距。
參考文獻：
[1]阮一舟，石磊，楊濤.按沉降控制的高速公路拓寬工程軟基加固方案優(yōu)化[J].工業(yè)建筑，2013（S1）：398-401，454.
[2]譚儒蛟，張建根，徐鵬逍.帶帽P(pán)TC樁在高速拓寬軟土路基處理中的試驗監測分析[J].工程勘察，2015（1）：26-31.
[3]雷金波，陳從新.帶帽剛性樁復合地基現場(chǎng)足尺試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010（8）：1713-1720.
[4]翁效林，張留俊.拓寬路基下軟土地基工后沉降預測[J].長(cháng)安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（1）：17-21.
[5]鄂海清.攪拌樁和素混凝土樁處理高速公路拓寬工程軟基的路堤性狀分析[J].華東公路，2011（6）：14-18.
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