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高速公路新老路基相互作用分析与处理技术研究

作　者: 高翔
导　师: 刘松玉
学　校: 东南大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 高速公路路基加宽有限元法相互作用变形特性差异沉降控制标准处治技术
分类号: U418.8
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着我国国民经济的快速发展,高速公路的交通量迅速增长,相当一部分建成使用的高速公路已不能适应交通量迅速增长和社会发展的要求,越来越多的高速公路需要改建和扩建。高速公路的改扩建工程将是我国本世纪初公路建设所面临的重要和亟需解决的问题。本文针对高速公路扩建工程中的关键技术问题,结合南京绕城高速公路扩建工程,采用现场试验、数值模拟和理论分析等方法,对软土地基上新老路基的相互作用特性以及处治技术进行了专门的研究,主要研究内容及成果如下:(1)通过选取代表性断面,研究了新老路基下地基工程性状的变化规律。勘察试验表明,经过长期固结,新老路基下地基土的物理力学特性均有不同程度的改善,特别是软土层的压缩性指标和强度指标明显提高,但老路地基的改善程度要明显高于新路地基。(2)采用数值分析的方法,研究了施工及运营过程中新老路基的相互作用特性及影响因素。计算表明,新路基加宽方式、施工方法、施工扰动以及交通荷载对新老路基的相互作用及工程特性均会产生较大的影响。(3)在分析新路基边载作用下新老路基应力应变特性的基础上,采用数值分析的方法研究了高速公路扩建工程新老路基的沉降变形规律,并根据新老路基路面结构路用性能以及变形稳定的要求,提出了扩建工程新老路基的沉降变形控制标准,即控制新老路基工后差异沉降、新路基总沉降量及工后沉降量的“三指标”控制标准。(4)根据高速公路扩建工程的沉降控制标准,研究了适合于高速公路扩建工程的软基处理方法。通过比较分析,认为复合地基法是高速公路扩建工程软土地基处理方法的首选;进一步研究表明,复合地基的桩间距、桩体刚度、垫层模量以及处理范围、布置方式等对新老路基的差异沉降均有不同程度影响,并提出了“内延外伸,内密外疏”的设计优化措施。(5)从新老路基结合部的破坏机理着手,研究了高速公路加宽工程新老路基不同拼接处治措施及其作用效果。分析表明,台阶开挖及土工加筋在一定程度上可以减小新老路基差异沉降;台阶宽度和加筋材料的刚度是影响拼接效果的主要影响因素。同时,新老路基填料的性质对新老路基结合部的整体性亦有较大影响。(6)通过对南京绕城高速公路扩建工程的实例分析,论证了本文关于新老路基相互作用特性及沉降变形规律研究的合理性;本文提出的高速公路扩建工程沉降控制标准、地基处理方法以及拼接处治措施是行之有效的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 研究背景与意义  10
  1.2 国内外高速公路改扩建的现状  10-12
  1.3 高速公路加宽工程的主要病害及病害机理  12-14
    1.3.1 高速公路加宽工程的主要病害  12-13
    1.3.2 高速公路加宽工程的病害机理  13-14
  1.4 高速公路加宽工程的软基处理方法  14-15
    1.4.1 软基处理方法的比较与选择  14
    1.4.2 适合加宽工程的主要软基处理方法  14-15
  1.5 新老路基结合部的处治技术  15-16
    1.5.1 土工合成材料的应用  15-16
    1.5.2 地基处理措施  16
    1.5.3 施工措施  16
  1.6 软土地基上高速公路加宽工程的理论分析与计算  16-20
    1.6.1 加宽工程的设计施工方法的研究  16-17
    1.6.2 加宽工程地基处理方法的研究  17
    1.6.3 新老路基结合部处治技术的研究  17-18
    1.6.4 加宽路基的沉降计算分析  18
    1.6.5 加宽路基的模型试验和有限元数值分析  18-19
    1.6.6 加宽工程填筑工艺的研究  19
    1.6.7 应用研究中存在的主要问题  19-20
  1.7 研究的主要内容及解决的主要问题  20-22
    1.7.1 主要研究内容  20-21
    1.7.2 研究的关键技术路线  21-22
第二章高速公路加宽工程路基下地基性状变化规律的研究  22-39
  2.1 新老路基下地基工程性质的勘察  22-24
    2.1.1 概述  22
    2.1.2 新老路基下地基土工程性质的调查与勘探实例  22-24
  2.2 原有老路基下地基土工程性质的变化  24-28
  2.3 加宽路基下地基土工程性质的变化  28-32
  2.4 新老路基下地基土工程性质的差异  32-36
  2.5 既有路基软基处理方法的比较与评价  36-37
  2.6 本章小结  37-39
第三章高速公路加宽工程新老路基相互作用的有限元数值分析  39-59
  3.1 概述  39-40
  3.2 有限元数值分析方法  40-47
    3.2.1 基本假设  40
    3.2.2 复合地基有限元分析  40-41
    3.2.3 塑料排水板加固地基的有限元分析  41-42
    3.2.4 土工格栅的本构关系  42-43
    3.2.5 路堤边坡稳定性计算方法  43-44
    3.2.6 计算参数  44-47
  3.3 加宽方式对新老路基变形的影响  47-50
    3.3.1 不同加宽方式的影响  47-48
    3.3.2 不同加宽宽度的影响  48
    3.3.3 不同加宽路堤填筑高度的影响  48-49
    3.3.4 不同新老路施工间隔的影响  49-50
  3.4 施工方法对新老路基变形的影响  50-55
    3.4.1 削坡及台阶开挖的影响  50-53
    3.4.2 不同填筑方式的影响  53-54
    3.4.3 填筑速率的影响  54-55
  3.5 施工扰动对新老路基的影响  55-56
    3.5.1 地下水的影响  55
    3.5.2 地基处理施工扰动的影响  55-56
  3.6 交通荷载对新老路基的作用  56-58
    3.6.1 加宽工程施工过程中交通荷载的影响  56-57
    3.6.2 加宽工程运营过程中交通荷载的影响  57-58
  3.7 本章小结  58-59
第四章高速公路加宽工程新老路基的沉降控制标准研究  59-80
  4.1 软土地基高速公路加宽工程新老地基的附加应力分析  59-61
    4.1.1 软土地基高速公路加宽工程的地表附加荷载的分布特点  59-60
    4.1.2 软土地基高速公路加宽工程的地基附加应力计算及分布规律  60-61
  4.2 软土地基高速公路加宽工程新老地基的沉降变形规律  61-66
    4.2.1 软土地基高速公路加宽工程新老地基的沉降变形特征  61-63
    4.2.2 填筑过程中新老路基的沉降变形规律  63-64
    4.2.3 新老路基的沉降变形随加宽宽度的变化规律  64-65
    4.2.4 新老路基侧向位移变化规律  65-66
  4.3 高速公路加宽工程新老路基的沉降变形计算方法  66-68
    4.3.1 高速公路加宽工程新路基的沉降计算方法  66-67
    4.3.2 高速公路加宽工程老新路基附加沉降计算方法  67-68
  4.4 高速公路加宽工程的沉降控制标准  68-78
    4.4.1 概述  68-70
    4.4.2 新老路基的工后差异沉降控制标准  70-74
    4.4.3 新路基的工后沉降量控制标准  74-75
    4.4.4 新路基施工期的沉降稳定控制标准  75-78
  4.5 本章小结  78-80
第五章高速公路加宽工程新老路基的拼接技术研究  80-107
  5.1 高速公路加宽新老路基结合部的破坏机理  80-84
  5.2 高速公路加宽工程软土地基的控沉措施  84-93
    5.2.1 高速公路加宽工程软基处理方法的基本原则  85
    5.2.2 高速公路加宽工程软基处理方法的选择  85-88
    5.2.3 复合地基法处理高速公路加宽工程软土地基的影响因素分析  88-93
  5.3 台阶开挖的设计及效果分析  93-98
    5.3.1 开挖台阶的效果  94-95
    5.3.2 台阶开挖面的应力分析  95-96
    5.3.3 不同台阶宽度和高度的影响  96-97
    5.3.4 不同的台阶倾斜角度  97-98
  5.4 路基填料物理性质的影响  98-100
    5.4.1 新老路基刚度差异的影响  99
    5.4.2 路基填料强度的影响  99-100
  5.5 土工合成材料的应用  100-105
    5.5.1 土工合成材料在新老路基结合部拼接接中的作用机理  101-103
    5.5.2 加筋的位置及层数的影响  103-105
    5.5.3 加筋模量的影响  105
  5.6 本章小结  105-107
第六章软土地基上高速公路加宽工程的实例分析  107-125
  6.1 工程概况  107-109
    6.1.1 概述  107-108
    6.1.2 老路概况  108
    6.1.3 工程地质概况  108-109
  6.2 软土地基处理方法  109-110
    6.2.1 地基处理方案的选择  109
    6.2.2 软基处理设计  109-110
  6.3 路基拼接措施  110-111
  6.4 沉降变形的观测及其变化规律  111-120
    6.4.1 加宽路基沉降变形的观测方案  111-112
    6.4.2 老路路表的沉降变形规律  112-114
    6.4.3 加宽路基的地基沉降变形规律  114-116
    6.4.4 加宽路基的侧向变形规律  116-118
    6.4.5 沉降变形控制标准的讨论  118-120
  6.5 加宽工程处治效果的评价  120-123
    6.5.1 效果评价的基本要求和评价指标  120
    6.5.2 南京绕城高速公路扩建工程地基处治效果评价  120-122
    6.5.3 沥青混凝土路面分期实施的效果  122-123
  6.6 本章小结  123-125
第七章结论与展望  125-128
  7.1 主要结论  125-127
  7.2 进一步研究的方向  127-128
参考文献  128-133
致谢  133-134
个人简介  134

高速公路新老路基相互作用分析与处理技术研究

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