建筑垃圾填筑高速公路路基变形及稳定性分析.pdf
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1、道路工程建筑垃圾填筑高速公路路基变形及稳定性分析冯云(广西路建工程集团有限公司,广西南宁53 0 0 0 1)摘要:为研究建筑垃圾填料在高速公路路基填筑工程中的可行性和适用性,文章通过建立传统黄土填料与建筑垃圾填料路基数值模型,针对不同填筑高度、不同边坡比的路基变形规律及稳定性变化情况进行对比分析。结果表明:建筑垃圾填料路基与传统黄土填料路基的最大水平位移、最大沉降值及稳定系数均会随着路基高度的增高而增大,但整体变化趋势大致相似;在不同路基边坡比条件下,建筑垃圾填料路基与传统黄土填料路基的水平变形值、沉降值及稳定系数整体差异相对较小。由此说明,采用建筑垃圾替代传统填料可以有效控制路基变形,保证
2、路基稳定系数符合安全设计标准,其结论可为建筑垃圾在道路工程中的广泛应用提供参考。关键词:建筑垃圾;公路路基;变形;稳定性中图分类号:U416.1*1文献标识码:ADOl:10.13 2 8 2/j.c n k i.Wc c s t.2 0 2 3.0 8.0 2 2文章编号:16 7 3-4 8 7 4(2 0 2 3)0 8-0 0 6 9-0 30引言近年来,随着我国各城市大规模的建设和发展,建筑垃圾产量出现较大的增长趋势,不仅浪费了大量土地资源,更给城市环境造成了严重影响们。同时,伴随着我国道路工程的高速发展,路基填料经常出现无法及时供应的现象 2。因此,如何将建筑垃圾有效利用成为路基填
3、料,对于城市的建设及道路工程的发展均具有重要意义 3-4。目前,国内外关于建筑垃圾的处理和利用展开了大量研究。如王蒙等 5通过有限元软件,模拟分析公路路面结构的力学性能,研究了建筑工程垃圾在公路路基中的力学性能,发现对建筑垃圾路基刚度进行增强能够有效改善路面结构抗拉能力。聂梦强等 通过对不同配合比例下的建筑垃圾混合料进行研究,得出各项参数对抗压强度的影响,结果表明某一配合比下的试块其抗压强度能够满足二级及二级以下公路路基垫层的要求。刘喜7 设计了不同掺量及不同砖一混凝土比例的建筑垃圾再生填料配合比,对建筑垃圾作为路基填料的性能开展研究,发现建筑垃圾掺量为3 0%4 0%时,再生填料密实度高,可
4、以用于公路路基。赵传海等8 以建筑垃圾再生骨料制备成加固桩,对其应用于黄土地基的加固进行了数值模拟研究,发现室内模型试验和数值模拟沉降得到的曲线比较吻合,具有相同的趋势,加固效果明显。目前,建筑垃圾已经在路面结构、地基加固桩以及混合料中得到广泛应用,但关于建筑垃圾作为路基填料的研究还有待进一步完善。基于此,本文以实际工程为例,深入研究了建筑垃圾填料替代传统填料对路基变形及稳定性的影响规律,以期为我国建筑垃圾的处理和循环利用提供思路。作者简介:冯云(19 8 9 一),工程师,研究方向:高速公路、市政PPP项目预结算、合同成本。1工程概况本文以某高速公路为研究对象,该线路全长136.58km,建
5、设里程约12 8.3 6 km,项目挖方合计约429.1104m,填方合计约14 8 5.3 10 4 m。车道设计为双向六车道,最高时速设计为12 0 km/h,安全等级为公路I级。路面宽度为2 6 m,主要包括2 3 m应急车道+43.75m行车道+2 0.7 5路缘带+2 m中央隔离带,道路两侧分别设置0.7 5m宽土路肩,边坡比为1:1.5。路基填筑材料主要采用建筑垃圾,部分路段采用常见的黄土填料。填筑过程采用分层压实的方法,每次填筑2m,分三层进行填筑,每层压实度均在9 0%以上。根据地质勘测结果显示,该路段地基土层大致可分为7.5m厚杂填土层、6.8 m厚黏土层以及4.7 m厚全风
6、化花岗岩层。路基结构横截面如图1所示。26m1.5杂填土层黏土层全风化花岗岩图1路基截面尺寸示意图2模型的建立本文运用有限元软件ABAQUS分别建立建筑垃圾填筑路基和黄土填筑路基数值模型,地基计算高度取20m,宽度取4 5m,路基计算宽度取2 6 m,高度取6 m。计算模型中共包含17 53 个单元和2 0 3 7 个节点。路基有限元模型如下页图2 所示。路基填料2023年第8 期总第19 3 期69道路工程筑垃圾作为填料在控制路基水平变形方面基本满足规范要求。3.1.2沉降分析图4 为建筑垃圾路基与黄土路基在不同填筑高度下图2 路基有限元模型示意图计算模型中路面结构采用Drucker一Pra
7、ger线弹性本构模型。由于路基填料与地基土体具有明显的非线性和非弹性变形特点,其本构模型均采用Drucker-一Prager弹塑性模型。该模型可以更好地反映填土材料及地基土体的重要性质,使计算结果更为精准,屈服准则遵循Mohr-coulomb原则。计算过程中将路面结构与路基材料视为均匀同质材料,土层各接触面均为完成连续,且各接触面压力均呈均匀分布;同时对地基底部进行水平位移及竖向位移约束,地基与路基上部均为自由界面,地基两侧设置水平位移约束。计算模型中各材料参数如表1所示。表1路基填土及地基各土层参数表弹性模量粘聚力内摩擦角材料名称泊松比(MPa)(kPa)建筑垃圾35杂填土14黏土13全风化
8、花岗岩453结果与分析3.1不同填筑高度对比分析运用软件分别建立填筑高度为4 m、5m、6 m、7 m 及8m的建筑垃圾填料路基的分析模型,确定边坡比均为1:1.5,以黄土路基模型作为参照对象,针对两种路基填料在不同填筑高度的变形及稳定性进行对比分析。3.1.1 变形分析图3 为建筑垃圾路基与黄土路基在不同填筑高度下的坡底最大水平位移变化对比曲线。141+建筑垃圾路基黄王路塞86-44图3 不同填筑高度下路基坡底最大水平位移变化对比曲线图根据图3 可知,随着填筑高度的增高,黄土与建筑垃圾填料路基的坡底最大水平位移均呈不断增大趋势,随着填筑高度的增大两种填料路基坡底的最大水平位移差值会逐渐增大,
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