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??【产品名称】重庆綦发城市建设发展2023年债权资产002
?【002募集规模】5000万
?【产品期限】12个月
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重点分析新旧结合路堤及斜坡地基上填筑路堤的应力分布特点及重分布规律,提出斜坡地基上填筑路堤使用简便、结果相对可靠的沉降计算方法关键词:新旧路基;时间;变化;沉降;计算 随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高,公路交通量飞速发展,20世纪90年代早期建成的部分高速公路,存在不能满足日益增长的交通量需要的可能
这样,就需要对原来修建的旧公路进行必要的扩建或改建处理,因而出现了诸如旧路基的拓宽及不同公路之间的搭接等新旧路基结合的实际工程问题,新旧路基结合部的处治已经成为公路改扩建工程的关键技术问题
与新建路基相比,新旧路基结合部设计施工技术中除了要遵守一般规定外,还应着重考虑新旧路基结合工程的特殊性对设计和施工的要求
1 路堤沉降计算方法的对比 1.1 沉降计算的分层总和法 分层总和法是一类沉降计算方法的总称
它将压缩层范围内的土层分成若干层,分层计算土体竖向压缩量,然后求和得到总的竖向压缩量,即总沉降量
传统的分层总和法是假定地基土为直线变形体,在外荷载下的变形只发生在有限的厚度范围内(即压缩层),将压缩层内的地基土分层,分别求出各个分层的应力,然后用土体应力-应变关系求出各个分层的变形总量,加起来即为地基的最终沉降量
同时,该法还假定地基土在侧向上不能变形(侧限),只能在竖向上发生压缩,如此假定无侧向变形会导致软土地基的沉降计算结果偏小,一般采用乘以一个修正系数的方法来解决这个问题
1.2 沉降计算的数值分析法 (1)有限差分法 有限差分法求解土工问题就是将研究区域用差分网格离散,对每一个节点通过差商代替微商反问题的微分方程转化为差分方程,然后结合初始条件和边界条件,求解线性方程组得到问题的数值解
使用有限差分法必须注意边界条件的变化,如渗水或不渗水边界,同时注意固结系数的选取,应用到平面或轴对称问题时需要加以校正
(2)有限单元法 有限元方法是求解数理问题的一种数值计算方法,这种方法的实质就是将研究区域离散成若干个有限的单元,并组成集合体
在每个单元内,假定位移场或应力场,应用变分原理建立代数方程组,然后结合初始条件和边界条件,以节点处的广义位移或广义应力作为未知量进行求解方程组,得到问题的数值解
有限元基本方法有三种,即力法、位移法、混合法
力法对于计算应力精度较高,位移法对于计算变形精度较高,混合法则介于两者之间【50】
有限单元法能较好地模拟填料的应力-应变关系,能较好地考虑讯息工期逐级加载情况
有限单元法的关键是岩土体本构模型的选择,其突出特点在于可以用于求解非线性问题,易于处理非均质材料和适用各种复杂的边界条件,可以计入土层的不均匀性
(3)应力路径法 传统的分层总和法计算沉降只考虑压缩变形,而在土体发生变形过程中不仅存在竖向压缩变形,还存在剪切变形
剪切变形使地基土的模量随着剪应力的增大逐步减小
因此合理的计算方注应同时考虑该两种变形的作用
在一般工程条件下,土体因其所处位置的不同而经受不同的应力路径,且在加载过程中应力路径也是变化的,所以应力路径的变化应在计算模型中加以考虑
(4)概率分析法 大量的试验和统计结果表明,土性参数的变异系数远比一般的人工材料大,正因为如此,采用概率分析的方法,对不确定或离散性较大的参数,用一个可能出现的范围而不是用一个简单的数字去描述就显得更为合理
对软基沉降的概率分析方法的研究,我国在上世纪80年代开始,盛祟文对对砂土地基沉降进行了概率分析;包承纲和吴天行基于e-lg p法直接对多层地基沉降的概率问题进行了研究;高大钊则基于规范方法计算了路堤沉降的数学期望和方差
2 新填路堤自身压缩沉降分析 应用分层总和法计算路堤自身的压缩沉降,首先应分析路堤内部的应力分布
对斜坡地基路堤而言,路堤顶部沉降最大点位于路堤外边缘,因此,只要计算出路堤顶部外边缘的沉降值并将其作为整个路堤的沉降,应该是偏于安全的,且是合理的
根据上面的分析,在进行路堤内部的应力分布分析时(计算分析示意图见图1所示),应用与前面求解平坦地基上路堤内部应力分布相类似的方法,仅对路堤边缘竖直线上(如图中ac线)各层填土(即c点以上)的内部应力进行积分求解
路堤内附加应力由其上部填土层自重而引起,而其自重应力由本层填土自重引起, 故对图中c点以上路堤内第i层填土的平均自重应力可表示为: (1) 对于斜坡地基上路堤及新旧结合路堤,如图1,每增加一层填土,由布辛奈斯克弹性解,可得第i层中厚线与ac线交点处因第j层填筑所产生的附加应力均可由下式确定: (2) 式中,, hij=hj-hi,hj = h-hj为第j填土层距堤顶的高差,对斜坡地基上路堤,(),对新旧结合路堤,
3 旧路堤及斜坡地基的压缩沉降分析 3.1 斜坡地基的压缩沉降分析 对于斜坡地基内的初始应力(如图1 a所示),可应用楔形体应力理论进行分析,而对于路堤填筑完成后地基内的总应力或附加应力计算,可采用弹性应力理论进行计算
分析思路为:首先应用半无限楔形体理论计算求得原始斜坡地基内的初始应力,斜坡上路堤填筑完成后,可进行如下处理:设新填筑路堤边坡与原斜坡地基交于o点,如图2所示,以o点引一水平线,同时,从路堤顶部内边缘f点向下引一铅垂线,两线交于e点
这时,可将oafe全部或部分(视分析点所处位置而定,详细分析见后)视为条形“堤坝”荷载,应用弹性应力理论计算地基内不同点在该条形“堤坝”荷载作用下的应力
这样,由于和中均包含了三角形条形荷载oef部分引起的应力,即对进行了重复计算,在进行总应力计算时应减去该部分荷载引起的应力,因此,路堤填筑完成后地基内任一点在路堤填筑完成后的总竖向应力应为 3.2 新旧结合路基中旧路堤及地基的压缩沉降分析 对于新旧结合路基中旧路基内的初始应力(如图6所示),分析思路与前面相同,即首先求得新路堤填筑前旧路堤及地基内各点的初始应力,然后求解新路堤填筑后旧路堤及地基内各点的总应力,即可由分层总和法求得旧路堤及地基因新路堤的填筑所产生的附加应力而重新引起的沉降
(1) 新路堤填筑前初始应力计算 若分析点位于旧路堤内,即图中线上,可参照条形“堤坝”荷载及“三角形”荷载组合作用下平坦地基内的附加应力计算方法进行计算
将图4所示的“堤坝”形荷载与图5所示的“三角形”荷载进行组合,即可得到如图7中旧路堤的梯形荷载
即由式(5)及式(6)可得在旧路堤梯形荷载作用下不同点的竖向应力
由式(5)及式(6),则地基内任一点由梯形荷载产生的竖向应力可表示为: (7) 对于新旧结合路堤,新路堤填筑后,其新填部分的路肩处沉降最大,因此,以新路堤路肩处(即图6中的线)的沉降作为新旧结合路堤的总沉降,其结果是偏于安全的
因此,可仅分析新路堤路肩铅垂线上各地基土层的附加应力,且设旧路基两侧边坡的坡比相同,则有
(2) 新路堤填筑后总应力计算 新路堤填筑完成后,其总应力分析方法仍采用上述计算方法
为分析简便,高新填路堤与旧路堤边坡同坡比(当坡比不同时,稍加变换即可)
当分析点位于地基中时,即图6中的c1c2线上,z > 0,在图8所示的新坐标系下,,由式(8)可得c1c2线上各点的竖向应力可表示为: (8) 式中,为新旧路堤的加权平均重度
当分析点位于旧路堤内时,即图6中的cc1线上,这时有:,且有 (9) 代入式(8),则旧路堤内cc1线上各点的竖向应力可表示为: (10) 至此,新路堤填筑前后,路肩铅垂线上各点的初始应力及总应力均已求得,从而即可根据分层总和法求得其沉降量
注:文章内所有公式及图表请以pdf形式查看
并针对其成因论述了具体的防治措施 关键词:桥头跳车、分析、防治措施 前言 随着高速公路的突飞猛进发展,在建设过程中出现了桥头跳车这个较为普遍问题,使车辆通过时产生跳跃和冲击,严重影响行车的平稳性和安全性,从而对桥涵和路面造成附加的冲击荷载,使司机和乘客感到颠簸不适,严重的可导致交通事故
因此,探讨桥头跳车的形成机理,研究桥头跳车的处治办法,对公路建设具有重要的意义
1概念 桥头跳车是指桥头构造物与引道路堤填土衔接处产生较大差异沉降,使得路面形成台阶式显著纵坡变化,导致高速行驶的车辆在这一段产生颠簸跳跃现象
2桥头跳车的原因分析 2.1地基土质不良造成的桥头路基沉降
土质不良引起沉陷是桥头跳车的主要原因
桥涵通常位于沟壑地方,地下水位较高,在南方地带多有软土,此类土天然含水量大于液限,天然孔隙比大,常含有机质,压缩性高,抗剪强度低,一旦受到扰动,天然结构易受破坏,强度便显著降低,桥头路基填筑高度较大,产生基底应力相对较大,在车辆荷载作用下,更容易引起地基沉陷,且变形稳定历时往往持续数年乃至数十年
就是在一些稳定地基,在外荷作用下,也无可避免出现这个问题
2.2台背填料压缩引起桥头路基的沉降
高等级公路台背回填的压实,虽然采用了重型击实标准,压实度要求在95%以上,但台后填料一般为渗透性材料,多孔隙,加上施工时受施工作业方面影响,压实机具不能按设计压实靠近台背的填料,不能将填料颗粒间孔隙完全消除,在车辆荷载和自身重力作用下,填料迅速压缩,孔隙率降低,便在短时间内产生压缩沉降,造成跳车
根据试验及相关研究资料表明,路基填料本身的压缩变形为路基填筑高度的1%
高等级公路台后回填高度一般都较高,因而台后填料的压缩变形也就相应较大
更何况在台后回填施工时,由于一些施工单位的质量意识淡薄,往往达不到规定的压实遍数,这样压实度就很难保证在95%以上,从而为以后的压实变形留下了很大的空间,这也是工后填料压实变形很大而导致台后沉降的重要原因
2.3结构突变引起沉陷跳车
刚度不同的路面在跳车处所产生的振动效果不同,柔性材料对能量的吸收要比刚性材料大
由于结构物桥台一般采用刚性很大的坚石砌筑或钢筋混凝土浇注而成,具有较大整体刚度,属刚性体;而与结构物桥台相连的路面,具有刚性较小柔性较大的特性
显然,道路与结构桥台之间存在着较大的刚度差,这个刚度差的存在必然引起道路与结构物桥台之间产生较大的刚度突变,从而引起桥头跳车
2.4排水不畅及填土流失
在桥涵与路堤的连接部位,由于存在缝隙,雨水会沿缝隙渗透,下渗水对桥台一般不产生破坏作用,但对土类填料易产生浸蚀和软化,特别对填方体压实不够,易产生侵蚀和软化,降低强度,导致填方体变形
在外部车辆荷载冲击作用下,必然造成桥头路基沉陷
2.5施工管理不善导致工后沉降
因施工不当或施工程序颠倒让桥头路堤滞后完成,桥头路堤自然沉降时间较少,导致工后沉降量加大而产生桥头跳车,这种现象较普遍
通常软土地基上桥头施工是整个工期的关键工序,要及早开工,待软基处理完,在满足路堤稳定和填荷速率的情况下,须抓紧完成桥头路堤
但有时受总工期影响,在路堤沉降没有稳定、沉降速率过大的情况下,过早铺筑路面,以求早日通车,而导致桥头跳车
2.6地基浸水软化
; 软土地基、湿陷性黄土地基浸水后等造成路基沉降
3桥头跳车的防止措施 3.1台后地基处理
对于高速公路上的软基处理,通常采用砂袋砂井法、塑料排水板堆载预压法、换土法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、振动碎石桩法等等,但以塑料排水板堆载预压法的效果最佳
含水量大的黏性土处理
对于含水量和空隙比较大,且含有有机物质的黏性土层可进行换土处理,换土深度视软层度而定
对于一般性黏土,可进行开挖翻晒
当填土高度不大于4m时,开挖深度取0.6m;填土高度再大时,开挖深度可大于1m
当土翻晒到最佳含水量时,再回填夯实,回填土的上层须留出60cm的厚度用石灰土填实;如遇雨季不能晒干时,则全部用石灰土换填
在路基底有了这一层石灰土后,便形成了一个渐变带,可以避免沉降的突变
3.2路基填料选择
首先应选择强度高、压实快、透水性好的材料,如卵砾土、碎石土、中粗砂以及强度较高的工业废渣等
填料要求级配得当,沿纵向的填筑长度在基底处不小于2m,并按1∶1设置斜坡或台阶,保证在顶面的填筑长度与搭板找度相对应
3.3用强夯处理桥头路堤
对于台背不易被压路机碾压的死角,可采用强夯处理方法
强夯机宜采用重100kN夯锤,提升高度一般为6~8m,即夯击能量为600~800kN
对于台背及耳墙附近,则应减小夯锤提升高度至2~3m和增加锤击次数,以免伤害桥台
3.4采用刚柔过渡段法
桥台到路基结构是不同体系,因此,如何消除和减少结构突变影响,使两个对接性质不同路面体系在抗垂直形变上能平顺过渡
对连接沥青路面,则在桥台处增设增变厚式水泥混凝土埋板,对连接水泥混凝上路面,则将连接处路面板改为变厚式
还应注意,混凝土路面同桥梁相接处,最好是设置钢筋混凝土搭板
搭板一端放在桥台上,并加设防滑锚固钢筋和在搭板上预留灌浆孔,如为斜交桥,尚应设置钢混凝上渐变板
3.5置横向泄水管或盲沟
台背路基填筑前,在原地基土拱上设置泄水管或盲沟
在基底上,先对基底作必要的处理,然后填筑横坡为3%-4%的夯实粘土拱,再在土拱上挖一条成双向坡的地沟,然后在台背后全宽范围内满铺一层隔水材料(可用油毡或下垫尼龙薄膜上盖油毡)
在地沟内四周铺设有小孔的硬塑料管(管径一般不小于10cm),塑料泄水管的出口应伸了路基外,然后在硬塑料管四周填筑透水性好、粒径较大的砂石材料,再分层填筑台后透水性材料,直到路基顶面
横向盲沟的设置与上相同,取消泄水管,以渗透系数较大的透水性材料填筑地沟
用土工布包裹盲沟出口处,并对其做必要的处理
3.6控制施工
合理安排好施工计划,施工时符合规定,是有效减少桥头跳车关键,应遵循“早开工,工期长一点”原则进行,控制好填料质量,尽量采用轻型材料,渗水性好填料
控制好每层填筑厚度,碾压遍数,井对每层填筑质量实施检测,特别是控制好压实度
后台连接处填土应尽量与桥台砌筑协调进行,尽量使这些不易碾压地方密实度达到要求,台后最好按一坡度设置泄水盲沟,沟底用粘上夯实,以利排水
这样,才能更好减少病害
结束语 桥台跳车是目前比较难处理的工程病害,要治理桥头跳车要研究其产生的原因,提出适当的处治方法,并且要切实可行,便于施工
个人认为建设部门、设计部门、施工部门和监理部门尽力协调,针对不同原因,提出合理的方案,才能有效地避免桥头跳车病害产生,有效地改善行车条件,促进经济发展
参考文献
1、《公路路基施工技术规范》,人民交通出版社,GTGF10-2006
2、《交通土建软土地基工程手册》,人民交通出版社,2001.4
3、《公路设计手
重庆綦发城市建设发展2023年债权资产002