扩建路堤回填轻质混凝土合理性分析

程钰博

摘 要：以青阳港桥头段旧路扩建工程为背景，使用PLAXIS有限元计算软件，模拟了石灰土回填以及轻质混凝土回填两种回填方案的路基沉降特性，验证了轻质混凝土换填扩建路基方案的合理性。

关键词：路基沉降;PLAXIS;轻质混凝土;青阳港桥头段;数值分析

0 概述

在进行路堤扩建施工时，一般使用石灰土等材料进行回填，而应用轻质填料能减轻路堤自重，有利于降低其基底应力及地基土附加应力，进而减小桥台台背处地基的沉降和不均匀沉降并增大稳定安全系数，同时还可以减少软基处理费用。赵文辉[1]、Huang[2]等通过试验发现，轻质泡沫混凝土的水饱和状态对强度有着明显的影响，在饱和状态下轻质混凝土强度明显降低，并且轻质泡沫混凝土具有的良好的隔振性能。李粒生等[3]通过现场监测手段发现轻质混凝土相对于普通混凝土在强度和压实度方面具有明显优势。轻质混凝土在路基扩建当中有着独特的优势，使用数值计算方法能够更直观的验证在路基扩建工程中轻质混凝土的合理性。

1 工程概况

申张线青阳港段航道整治工程加工区大桥（K0+630.0～

K0+755.5）路基：路基宽度22 m，高2.5 m，设置挡墙，刨铣老路并回填轻质泡沫混凝土。基于道路的对称性，建立模型时取道路的一侧进行模拟，为了尽可能消除边界对计算结果的影响，地基宽度取30 m，深度取30 m。

2 路基沉降分析

2.1 数值建模

PLAXIS有限元数值模拟分析时，其中有6个节点和15个节点三角形单元可以选择，一般情况下均采用计算结果更为精确的15节点三角形单元。

由于使用二维平面模型，需要将实际问题转化为二维平面问题，在转化的过程中需要对模型设置基本假定条件。

（1）所有的材料和其他土层的本构模型均采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型;

（2）路面、土层均假设为水平面，挡墙均假设为竖直面。

（3）横断面模型两侧均设置为不透水边界条件，且水平方向水流受到限制;纵断面靠近桥头一侧为不透水边界条件，水平方向水流受到限制。

（4）底部為透水边界，对水平、竖直方向的位移同时约束。

2.2 结果分析

根据施工现场情况和施工顺序，将表1中地基初始土层参数输入模型，分别建立石灰土回填和轻质混凝土回填方案模型进行对比，对断面进行同步施工分析，验证轻质混凝土换填扩建路基方案是否合理。

如图2所示，在青阳港段航道整治工程加工区大桥的典型路基断面处，扩建路基回填轻质泡沫混凝土施工结束时的沉降约为6.1 cm，工后沉降约为3.3 cm，固结至最小孔隙水压力时沉降为9.4 cm，符合《公路路基设计规范》（JTG D30 2015）的沉降要求。由表3可知，相较于石灰土路基回填，轻质泡沫混凝土回填的材料更轻，强度更大，因此工后沉降减小了约1.4 cm。但从长期来看，其总沉降量将比石灰土回填增大约1.1 cm。

3 结论

通过PLAXIS模拟了青阳港桥头段路基扩建工程采用不同填料后的路基沉降特性，在使用轻质混凝土填料时，工后沉降符合相关规范设计要求，并且沉降值相对于传统填料更小，但是由于泡沫混凝土的渗透蠕变作用，在轻质泡沫混凝土回填路段进行有效的排水和定期养护措施是必要的。

参考文献：

[1]赵文辉，苏谦，李婷，等.高速铁路基床底层泡沫轻质土填料试验研究[J].振动与冲击，2019，38（6）：179-186.

[2]Huang J，Su Q，Zhao W，et al.Experimental study on use of lightweight foam concrete as subgrade bed filler of ballastless track[J].Construction and Building Materials，2017，149：911-920.

[3]李粒生，谷波.泡沫轻质混凝土在陡坡路基工程中的应用[J].现代交通技术，2016，13（3）：21-23.