多雨山区高填方路基制梁场沉降控制研究

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当前我国高速公路的建设事业蓬勃发展,建设重心已由东部转向西部,由平原转向山区。在发展过程中,高填深挖、半填半挖等路基形式极其普遍,因而出现了高路堤与高架桥的设计形式。在山区预制梁体时,因场地受限等原因制梁场常常修建在高填方路基上,这种模式虽然可以减少征地,节约施工成本,但由于路基填方高度大,填筑厚度不均匀等原因,可能存在不均匀沉降等问题。为了保证高路堤上的制梁场在使用期间T梁的生产质量及生产效率,有必要对制梁场的不均匀沉降问题进行研究和控制。本文针对多雨山区高填方路基上预制梁场的不均匀沉降问题,分别进行了路基的强夯试验、碎石土填料的室内试验、各工况下制梁台座的受力及变形有限元分析以及梁场台座受力和变形监测等内容,具体研究内容包括:首先,对场区分别进行了三种夯击能的强夯试验,试验结果表明随着夯击能的增加,累计夯沉量也逐渐增加,最佳夯击次数可取8次。对强夯后各场区的压实度和地基承载力进行检测,结果表明:强夯后各抽样点压实度均大于93%,满足施工验收要求,且地基承载力比强夯前分别提高了22.8%,71.4%,114.3%。对地基承载力的验算表明应对场区进行2000kN·m的强夯处理以达到制梁所需地基承载力的要求。其次,对现场泥质砂岩碎石土进行了颗粒分析试验、天然含水率试验、细粒土界限含水率试验、重型击实试验、三轴试验和压缩蠕变试验,试验结果表明:场区碎石土填料的土石比约为1:3,级配良好;在天然含水率和最佳含水率条件下的三轴试验结果表明:碎石土填料的黏聚力和内摩擦角分别为45kPa、32°,39.41kPa、25.06°。试验结果为有限元分析提供了参考依据。再次,在多个周期荷载作用下对端座处制梁阶段,张拉阶段以及卸载阶段的沉降值进行了单独拟合,拟合结果表明:随着制梁周期的不断循环,各个阶段的竖向变形逐渐趋于稳定。有限元分析与现场监测结果表明:在多周期荷载作用下,基底反力随时间呈周期性变化,台座两端在张拉阶段增幅显著,达到231kPa,而端座底部反力在横向大小为:外侧各点>内侧各点;台座正应力随制梁荷载也呈周期性变化,在张拉阶段台座纵向1/4L和3/4L处的压应力显著增大至272kPa,而1/2L处受59kPa左右的拉应力;路基沉降沿路基纵向(台座方向)分布呈“两端大,中间小”的趋势,且随时间的增加沉降的增加趋于缓慢。沿路基横断面方向,随着填方高度的增加,路基顶面的沉降也逐渐增大。路基沉降的有限元模拟值与现场监测值随时间变化趋势基本一致,但模拟值偏小约12-25%。有限元模拟在大雨条件下,降雨持续12h、24h、36h后进行制梁,结果表明:随着降雨持续时间从12h逐渐增加至36h,边坡土体的基质吸力不断减小,降雨入渗深度不断增加,渗流速率的分布范围逐渐扩大,路基最大不均匀沉降比未降雨时增加了56%,与此同时边坡的塑性区逐渐向上扩展,安全系数由未降雨时的1.346逐渐下降至1.217,边坡稳定性逐渐下降,存在局部破坏的危险。最后,针对台座不均匀沉降问题,提出了容许差异沉降控制指标,并取1mm/m作为限值用以控制不均匀沉降。当台座不均匀沉降超限时提出了增设支座调高装置,压力注浆等方法以减少台座不均匀沉降。
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