加宽方式对改建路基变形的影响_邸志伟.pdf

-118-加宽方式对改建路基变形的影响邸志伟（山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600）摘要：为了确定加宽方式对改建路基变形的影响，采用 ANSYS 软件建模和现场实测进行对比分析。对比分析模拟分析和现场监测结果，得出双侧加宽路基表面所产生的沉降变形较小，变形曲线较平缓，在施工条件允许的情况下应尽可能选择双侧加宽。关键词：加宽方式；改建路基；有限元模型中图分类号：U416.1 文献标识码：BInfluence of widening mode on deformation of reconstructed subgradeDI Zhiwei（Shanxi Road and Bridge Sixth Engineering Co.,Ltd.,Shanxi Jinzhong 030600 China）Abstract:In order to determine the influence of the widening method on the deformation of the reconstructed subgrade,the ANSYS software modeling and field measurement were used for comparative analysis.Comparing and analyzing the simulation analysis and on-site monitoring results,it is concluded that the settlement deformation caused by the double-sided widening of the subgrade surface is small,and the deformation curve is relatively gentle.Key words:widening method;reconstruction of roadbed;finite element model引言近年来，很多早期修建的道路开始出现拥堵，运输能力已不能满足经济发展的需要，亟需进行改扩建1。由于原有道路已使用多年，在长时间车辆荷载的作用下，旧路基沉降已基本稳定2。在拓宽后，新路基会产生较大的沉降变形，进而产生不均匀沉降，在新旧路基交接处产生开裂，对道路使用寿命和行车安全产生很大影响3。另外，采取不同的加宽方式，也会对路基沉降变形产生较大影响。因此，在路基拓宽改造过程中必须加强监测，严格控制沉降变形，分析路基结构的稳定性。1 工程概况山西省内某国道近年来交通量不断增长，部分路段已经出现了拥堵现象，拟进行拓宽改建工程。原道路路基设计宽度为 7 m，拓宽后路基宽度为 10 m，路基填筑高度为 2 3.1 m，根据道路沿线地质、地形条件，路基加宽采用单侧加宽和双侧加宽两种方式。改扩建公路工程全长 35.6 km，根据公路工程技术标准（JTG B012014）中的相关要求，采用二级公路标准设计，设计车速为 60 km/h。改建后行车道宽度为 3.5 m，两侧各有 0.75 m 宽硬路肩和 0.75 m 土路肩，两侧路基边坡坡率根据岩石类别、高度等因素确定。2 路基有限元模型的建立与现场监测方案2.1 路基有限元模型的建立2.1.1 基本假设为了便于采用有限元法对新旧路基相互作用和变形进行分析，假定路基是足够长的、所建立的模型为理想弹塑性模型、新旧路基之间不产生相对滑移与脱离、地基处理后已完全固结4-5。2.1.2 模型荷载和尺寸根据路基分段扩建设计方案，选取两个监测断面，分别采用单侧加宽和双侧加宽方案。两处路基原宽度为 7 m，拓宽后宽度为 10 m，路基填筑高度为 2.4 m，边坡坡度为 1 1.75。地基计算域深度按50 m，荷载包括路基、路面结构自重和车辆荷载。而旧路基变形已基本稳定，自重引起的变形已基本完成，主要考虑施工荷载和车辆荷载的影响。2.1.3 模型的建立采用 ANSYS 软件建立路基模型见图 1。对有车辆荷载的行车道部位网格划分较密，路肩部位较稀疏。以新旧路基表面和地基沉降变形为研究对象，收稿日期：2022-06-17作者简介：邸志伟（1981），男，山西文水人，工程师。2022 年第 6 期山东交通科技-119-以路基表面沉降变形作为分析路基总体变形的主要依据，采用有限元模拟计算确定 0 2.5 m 范围内的沉降变形。图 1 路基有限元模拟几何模型2.2 现场监测方案为了确定有限元模拟分析的准确性，在路基填筑完成后，以模拟分析断面为监测断面，布置沉降观测点，采用精密水准仪进行现场监测，测点布置见图 2。测点布置间距为 0.5 m，选取半幅路面作为研究对象，自路基中心线开始，向两侧路肩共布置11 个测点，采用红油漆标记，并在施工过程中做好保护。分别选择两个监测断面，分别采用单侧和双侧加宽两种方式进行路基加宽。沉降观测桩路基1 1.75地基道路中线图 2 路基沉降观测点布置路基基点布置在施工范围以外，在施工过程中做好保护，在测点布置完成后采用精密水准仪进行初次监测，以后监测结果与初次监测结果比较确定沉降量。3 加宽方式对路基变形的影响分析根据沿线地质、地形条件，路基加宽采用单侧加宽和双侧加宽两种方式，为了分析确定新旧路基的不均匀沉降变形情况，采用有限元模拟分析和现场监测两种方式进行综合分析。路基单侧加宽宽度为 3 m，双侧加宽宽度为两侧各加宽宽度为 1.5 m。为了简化计算，双侧路基加宽也以路基一侧加宽为例进行分析，对路基完工后半年的沉降变形进行模拟分析和监测。3.1 单侧加宽路基变形分析采用有限元模拟分析，对单侧加宽路基表面沉降和地基表面沉降进行计算，并结合施工现场监测结果，绘制路基沉降变形曲线见图 3。图 3 单侧加宽路表和地基沉降变化曲线0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0-21-23-25-27-29-31-33-35-37沉降/mm距路基中线距离/m路基表面沉降计算值/mm地基表面沉降计算值/mm路基表面沉降实测值/mm分析图 3 曲线变化趋势，有限元模拟分析曲线与现场监测曲线变化趋势基本一致，旧路基沉降量明显低于加宽扩建部分路基，在距中线距离为 4 m 左右达到最大，路基表面沉降变形模拟计算值为 36.2 mm，地基最大沉降量模拟值为 34.2 mm，现场实测沉降量为 33.7 mm。路基现场沉降量实测值与模拟计算值相近，且略小于模拟计算值。3.2 双侧加宽路基变形分析采用有限元模拟分析，对双侧加宽路基表面沉降和地基表面沉降进行计算，并结合施工现场监测结果，绘制路基沉降变形曲线见图 4。图 4 双侧加宽路表和地基沉降变化曲线0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0-20-22-24-26-28-30-32-34沉降/mm距路基中线距离/m路基表面沉降计算值/mm地基表面沉降计算值/mm路基表面沉降实测值/mm分析图 4 曲线变化趋势，路基表面沉降模拟计算结果与现场监测结果基本一致，且监测值也小于计算值，说明模拟计算结果与实测结果基本一致。路基表面和地基沉降最大值出现在距路基中线 4.5 m左右，分别为 32.8 mm 和 29.2 mm，地基表面沉降梁（下转第 123 页）2022 年第 6 期山东交通科技-123-随着新路基的填筑高度不断地增大，新路基沉降不断增大，最大沉降发生在新路堤与地基交界中心处，且随着路基填筑高度的增大，对旧路基影响也逐渐增大，旧路基附加沉降逐渐增大。（3）路基拓宽变形稳定后，从旧路基顶面中心到旧路基的顶面边缘，水平位移一直呈线性增大趋势，路基顶面最大水平位移发生在新旧路基交界处；从旧路基顶面中心到新路基的顶面外边缘，路基竖向沉降逐渐增大，即在新路基修建过程中路基会发生差异沉降，离旧路基中心越远，沉降越大。参考文献：1 李晓,纪伦,钟勇.新老路基相互作用下山区公路拓宽工程的变形数值模拟J.公路工程,2018,43（6）:283-287,314.2 陈庚,王波,陈永辉,等.海域扩宽公路的变形特征及数值模拟分析J.地下空间与工程学报,2018,14（1）:273-279.3 王景环,陈清,余文章,等.高速公路单侧拓宽的高路堤变形规律分析J.人民长江,2014,45（15）:51-55.4 邱勇,杨立新.软土地基旧路拓宽工程路基沉降变形规律分析J.山西建筑,2010,36（30）:297-298.5 彭伟,孙瑞.路基加宽不均匀沉降及其对路面结构应力影响分析J.工程技术研究,2021,6（8）:27-28.6 刘海峰,杨树春.公路拓宽工程新老路基变形规律的数值分析J.西部探矿工程,2008（12）:196-198,202.（上接第 119 页）计算值为30.1 mm。旧路基的沉降量明显低于新路基，但沉降量相对较小。3.3 两种加宽方式路基变形对比分析对比分析两种加宽方式模拟计算和现场监测结果，在地质和地形条件、填筑高度相同的情况下，采用两种加宽方式路基表面沉降量最大值模拟计算值分别为 36.2 mm 和 32.8 mm，实测值分别 33.7 mm 和 29.2 mm，得出单侧加宽路基表面沉降量大于双侧加宽方式，且双侧加宽沉降曲线变化趋势更加平缓，说明沉降变形更加均匀。因此，在加宽宽度相同的情况下，采用双侧加宽新路基的沉降量较小，新旧路基的差异沉降量也较小，与单侧加宽相比具有明显优势。新路基表面最大沉降位置均出现在路肩位置，对路基整体结构稳定性影响较小，不容易导致路面开裂。从力学角度考虑，双侧加宽对旧路基产生的负面影响较小，旧路基的沉降变形也较小。但采用双侧加宽也会增加设计与施工难度、受现有交通影响也较大，作业面小，不利于大型机械施工，也可能会增加工程造价，延长施工工期。总之，采用双侧加宽不仅可以降低对旧路基的影响，还可以降低路基沉降变形，在条件许可的情况下，应尽可能选择双侧加宽方式，但如受施工条件限制，应优先选用单侧加宽。4 结语（1）采用单侧加宽路基沉降变形模拟趋势和实测曲线变形趋势基本一致，且实测值小于模拟计算值，路基表面沉降最大值出现在距路基中线4 m左右，位于路肩位置。（2）采用双侧加宽路基沉降变形模拟趋势和实测曲线变形趋势基本一致，实测值小于模拟计算值，路基表面沉降最大值小于单侧加宽，且沉降变形曲线较为平缓。（3）对比分析两种加宽方式路基沉降变形模拟和实测结果，得出双侧加宽沉降量相对较小，变形更加均匀，在施工条件允许的情况下应优先选用双侧加宽方式。参考文献：1 董克昌,李大勇,李桂花.改扩建公路桥梁加宽方式优化J.公路交通科技（应用技术版）,2018,14（12）:177-178.2 张玉伟.关于辽河堤顶路加宽技术的探讨和研究J.内蒙古公路与运输,2016（1）:32-35.3 李晟,何英勇,涂军莲.旧路加宽沉降分析J.湖南交通科技,2010（36）:15-17,157.4 刘迎秋.旧路改建路基加宽的施工J.黑龙江交通科技,2007（7）:25.5 蔡国军,朱晓宁,王军.G312拓宽改建路基拼接技术及效果评价J.路基工程,2006（2）:44-48.