拓宽工程路基附加应力计算简化模型

赵存

摘要：如何合理估算路堤加宽后新老路基下的沉降量是高等级公路拓宽工程设计中的关键技术问题。本文根据路堤的三种不同填土高度范围，提出了相应的实用附加应力简化计算模型，并把它们用于南京绕城公路拓宽工程的软基处理计算实体工程中。

Abstract: how to reasonable estimate embankment widened the old and new after roadbed settlement is widening engineering of high grade highway in the design of the key technical problem. This paper according to the embankment of three different filling height range, and put forward the corresponding practical additional stress simplified calculation model, and applied them to nanjing belt highway widening engineering calculation of soft foundation treatment engineering of the entity.

中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：

1引言

南京绕城公路刘村至东杨坊段全长32.4km，于1992年6月18日开工兴建，建设标准为设计行车速度100km/h的四车道全封闭一级公路，路基宽度24.5m，于1994年9月18日建成通车。现要将该绕城公路刘村至马群段拓宽，扩建工程全长29.054km，路基宽度由24.5m扩建为35.0m。平面设计维持老路中心线不变，采用两侧加宽方式，两侧各加宽5.25m。纵面设计一般路段在老路路面上加铺40～50cm厚路面补强层，大桥桥头等标高受控制路段开挖老路。

绕城公路从94年建成通车，软基路段填土预压已超过10年，从理论上分析，老路软基沉降已基本稳定，本次扩建大部分路段加铺40～50cm的荷载，预计会还产生少量的沉降，但从工程实际的角度出发，不宜对老路地基再加固处理。新建高速公路软土地基主要是沉降和稳定的问题，而对于老路扩建工程软基路段路堤拼接主要工程问题有这样二个：新、老路基产生较大的差异沉降影响路面的平整甚至导致路面纵向开裂，拼接路基处理不当导致路基失稳等。在老路没有长期沉降观测资料的条件下，其中如何合理估算新、老路基的差异沉降是设计中的一个难点问题。本文就这一难点问题提出了相应的简化计算模型。

2新老路基拼接项目的软基沉降计算模型

2.1 理想化的理论计算方法

目前，国内地基沉降估算多采用分层总和法，固结计算采用太沙基一维固结理论，假设地基只产生竖直向渗流。实际上，软基存在明显的侧向变形，土体水平向固结对沉降的影响比较大。一维固结的分层总和法在新路设计时是允许采用的。但对于老路拓宽工程，新老路基施工时间相差多年，两侧路基地基的力学性质与老路基下地基固结程度差异较大，因此应该采用考虑时间效应的二维分析方法进行固结和沉降的计算。模拟施工加载全过程，即先按老路基的加载、预压和路面结构层逐级施加荷载，进行过程模拟，以求得任一时刻的沉降、水平位移及有关应力的变化。同时利用相关老路的实测资料，采用参数反分析法来修正试验参数后，将拼接荷载再逐级施加，使以后的沉降计算更加切合实际。通过编制适合于路堤拼接设计的沉降计算程序, 可以在工程设计中应用和验证。此方法有其优点和理论上的合理性，但必须要有老路基的长期沉降观测资料才可以应用。对于没有长期观测资料的拓宽项目，可以采用以下简化计算方法进行沉降计算。

2.2简化计算模型

南京绕城公路系已有公路加宽，原路基的沉降固结已经完成，其载荷在沉降计算中可以忽略不计，而只计算新拼接的路面及填土的荷载所引起的沉降。为了计算简便，可以取一个临界填土高度，将各种不同的填高分为三类。

拓宽路基的临界高度值，取决于其两侧路面的拼接宽度及路基坡度。对于南京绕城公路，其面拼接宽度为5.25米，路基坡度为1：1.5，可确定路基填高的计算临界高度为

h= =3.5m

现以上述临界高度为依据，分三种情况来确定拼接路堤下的附加应力简化计算模型。

2.2.1高路堤 H ＞3.5m

对于实际填土高度H ＞3.5m的高路堤，其简化后的附加应力梯形分布图形顶面宽度L可按下式计算

L= = m（1）

因此，对于填高大于3.5m的路段，其简化后的附加应力梯形分布图形高度均为3.5m，顶宽变为 m，如图1和图2所示。

图1高路堤拼宽路基实际附加应力分布图

图2高路堤拼宽路基简化附加应力分布图

②临界高路堤H=3.5m

H=h=3.5m，代入（1）式可得

L=0 m

因此，对于填高等于3.5m的临界高路堤，在计算时都可以简化成高3.5m，顶宽变为0的三角形分布荷载，如图3和图4所示。

图3 临界高拼宽路基实际附加应力分布图

图4临界高拼宽路基简化附加应力分布图

③低路堤H﹤3.5m

h=H

L=BF-AF=BF-=(5.25-1.5H)m（2）

因此，对于填高小于3.5m的低路堤，在计算时都可以简化成原路堤高度，顶宽变为0的三角形分布荷载，如图5和图6所示。

图5 低路堤拼宽路基实际附加应力分布图

图6 低路堤拼宽路基简化附加应力分布图

3算例分析

运用以上附加应力简化计算模型，可以将新拼接的路段作为单独的新路基计算。鉴于南京绕城公路工程中湿喷桩的使用范围最广，加固路段最多，因此在新路基中选取若干湿喷桩加固的典型断面计算结果作为算例分析，计算结果详见表1。

从表1中可以看出，新拼接路段若是不经过处理则沉降都远远大于5cm，不能满足拼接路面的技术要求。地基经过处理后，沉降已大大减少，若拓宽公路新拼路段的工后沉降取5cm标准，则符合了工程设计要求。

湿喷桩沉降计算表 表1

起讫桩号 处理长度 (m) 平均桩长(m) 桩间距 (m) 未处理时总地基沉降量（m) 处理后地

4结论

本文提出的附加应力简化计算模型，对于没有前期沉降长期观测资料的工程是简便实用的，可以供同类项目的设计计算参考使用。但表1中的数据仅仅是基于简化公式的理论计算结果，是否能很好地反映工程现场的真实情况，还有待于实体工程长期观测资料的进一步验证。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。