改扩建路基差异沉降特性研究.pdf
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1、 工程前沿27工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月摘要:文章结合具体工程实例,以某省道改扩建工程为研究对象,采用 ANSYS 有限元分析软件对拓宽后的路基沉降变化情况进行模拟分析,分别研究了新旧路基衔接方式、台阶尺寸、填料特性等影响因素对新旧路基不均匀沉降的影响。研究结果表明:当开挖台阶时,降低台阶高度、增大台阶宽度可以降低路基沉降;轻质、高弹性模量的填料对改扩建后的路基沉降有显著改善作用。关键词:改扩建路基;差异沉降;台阶尺寸;填料特性;台阶高度Abstract:Combined with specific engineering examples,taking
2、a provincial highway reconstruction and expansion engineering as the research object,the ANSYS finite element analysis software is used to simulate and analyze the settlement changes of the widened subgrade.The influence of the factors such as the connection mode,step size and filler characteristics
3、 of the new and old subgrade on the uneven settlement of the new and old subgrade is studied respectively.The results show that when excavating steps,reducing the step height and increasing the step width can reduce the settlement of subgrade.The lightweight and high elastic modulus filler has a sig
4、nificant improvement effect on the subgrade settlement after reconstruction and expansion.Key Words:reconstructed and expanded subgrade;differential settlement;step size;filler characteristic;step height分类号:U416.1对既有道路改扩建项目而言,路基加宽是后期道路运行质量和安全的关键影响因素,新旧路基的差改扩建路基差异沉降特性研究吴继鹏山东金衢设计咨询集团有限公司,山东 济南 250000R
5、esearch on Differential Settlement Characteristics of the Reconstructed and Expanded SubgradeWU JipengShandong Jinqu Design Consulting Group Co.,Ltd.,Jinan 250000,Shandong,China009.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.异沉降会对路基拼接及路面结构产生不利影响。文章以某省道改扩建项目为依托,根据现场实测数据建立ANSYS 模型,开展新旧路基不均匀沉降研究,为路基加宽工程提供参考和借鉴。1
6、 工程概况某省道全长 68.54 km,采用双向四车道,设计速度为 60 km/h,路基加宽采用单侧加宽方式,加宽后路基宽度为 24.5 m。示范段上部土层为砂土、砂质黏土,中间土层夹有砂砾,工程地质较稳定,整体条件较好,适宜填筑路基。2 路基不均匀沉降计算按照相关研究成果1,2,采用 Boussinesq 法进行求解,公式如下:()01dhzsSzzE总s=(1)式中:S总为总沉降量;h 为地基计算深度;Es为变形模量;z为附加应力,在路基加宽工程中,z为新旧路基共同作用产生。旧路基为梯形,荷载可以分解为一个矩形与两个三角形,三部分荷载的应力叠加计算公式如下:(2)式中:z 路中为三部分应力
7、在旧路基中心线下 z 深度处的叠加应力;p 为自重应力;A 为路基三角形部分的底宽度;B 为梯形旧路基的上底高度;z 为计算深度。该路基采用单侧加宽,新路基的荷载为平行四边形,可将其等效为梯形分布,套用旧路基附加应力计作者简介:吴继鹏,男,本科,工程师,研究方向为路基路面。28 工程前沿 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究算方法。新路基对地基下任意点的附加应力计算表达式如下:(3)式中:z为新旧路基共同作用产生的附加应力;z 旧为旧路基作用产生的附加应力;z 新为新路基作用产生的附加应力;n1、n2、n1、n1、n2、n3分别为旧路基、新路基的三部分荷载附加应力系数;p
8、旧、p新分别为旧路基、新路基的附加应力代表值。3 有限元模型建立根据土样室内试验与现场勘探结果,结合有限元分析中 Drucker-Prager 模型特性,选取的模型计算参数如表 1 所示。交通荷载采用等效均布荷载,结合轻重载交通情况,将重载区域和轻载区域的均布荷载分别设置为 12 kPa、10 kPa。表 1 模型材料参数表旧路路基宽度为 12.75 m,改造后路基宽度为 24.5 m,采用整体式单侧加宽方式。为保证精度,分别以 0.5 m、1.0 m 为单位划分路基与土基自定义网格,如图 1 所示。图 1 有限元模型网格划分示意图4 路基差异沉降特性分析路基拓宽后,新旧路基间不可避免会发生不
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