桩承式加筋路堤关键部位分析

第３８卷第ｌ５期　２　０　１　２年５月　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　山　西　建　筑　Ｖ０１．３８　Ｎｏ．１５　Ｍａｙ．２０１２　・１２５・　文章编号：１００９－６８２５（２０１２）１５—０１２５—０３　桩承式加筋路堤关键部位分析　黄文锋　（１．华南理工大学土木与交通学院，广东广州张轶　林继生　５１０６５５；　５２１０００】　５１０６４０；２．中国电力工程顾问集团东北电力设计院南方分院，广东广州４３００７１；４．广东电网公司潮州供电局，广东潮州３．中国电力工程顾问集团中南电力设计院，湖北武汉摘要：建立了桩承式加筋路堤模型，对关键部位进行了分析。结果表明：设置加筋垫层对桩顶平面产生良好的保护作用，边桩弯　矩和剪力较大，中桩桩侧摩阻力充分发挥有效减小了桩端土附加应力。　关键词：复合地基，关键部位，数值分析，桩承式路堤，边桩　中图分类号：Ｕ４１６．１２　文献标识码：Ａ　０　引言　路堤荷载向路堤外侧远处地基的传递；竖向部分为路堤荷载向深　层土的传递。下面将结合桩承式路堤研究历史和实践经验，利用　桩承式路堤是在刚性桩复合地基…的基础上，在桩顶平面上　桩承式路堤数值模型，对关键部位进行力学分析。　增加桩帽与桩顶刚性连接而形成的复合体系　Ｊ。相比刚性桩复　　研究模型　合地基，它增加了桩帽，有效地减小了桩顶对褥垫层的刺人量　；　１利用Ｍｉｄａｓ／ＧＴＳ，根据对称条件，选半跨路堤，几何尺寸如图　桩帽的设置，使桩帽和桩间土之间产生抗力差异即土拱效应，使　其中，碎石垫层内设置土工格栅，表１列出了土工部分单　路堤填土较为集中地竖向荷载传递至桩身，增强桩体荷载分担　１所示，桩径０．３５　ｍ，桩距　比。同时，桩承式路堤桩身刚度较大，可通过设置足够的桩长，充　元类型和材料参数。桩身部分几何尺寸如下：　ｍ，桩帽１　ｍ×１　Ｉｌｌ×０．４　ｍ；分　分发挥桩侧摩阻力，将荷载传递给较深土层；并具有施工工期短、　２　ｍ，桩长２０　ｍ，桩端刺入持力层３侧向变形和工后沉降小等优点［２，４３，因而在国内外获得大量使用。　别选取梁单元和板单元作为群桩与桩帽的单元形式；混凝土材料　　桩承式路堤荷载传递过程分为横向和竖向部分，横向部分为　为Ｃ２０。表１　单元类型、材料参数　类别　路堤填土　单元类型　实体　ｎ／ｋＮ・ｎｌ—ｔ　２０　弹性模量Ｅ／ｋＰａ’　泊松比口　１．９×１０４　０．３２　粘聚力ｃ／ｋＰａ　５　０　４　２５　摩擦角　／（。）　２５　３０　３　１５　本构　莫尔库仑　土工格栅　碎石垫层　淤泥　土工格栅（膜）　实体　实体　２５　２５　１６　２．０×１０７　５．０×１０７　６．０×１０３　０．２２　Ｏ．２９　０．３６　弹性　莫尔库仑　莫尔库仑　莫尔库仑　粘土　实体　２　２０　０００　１８　１．８　ｘ１０４　Ｏ．３　２结果分析　．６　３００．４８　７００　加筋　营　寸：　２．１　体系变形　图２和图３分别显示了模型横截面上横向变形和竖向变形　的结果。结果显示：　善　１）路堤填土顶部边缘发生横向变形，最大值为３．０　ｅｍ；路基　内最大横向变形发生在边桩中部，最大值为７．５　ｃｍ；　２）体系竖向变形等值面呈弧形扩散状态，随着远离路堤中　ＩＸ，，竖向变形逐渐减小；竖向变形最大值发生在路堤表面的，最大　值为２０．８　ｅｍ。　善　：２　图１模型横截面（单位：ｉｎｌｎ）　为避免误差，模型纵向布置５排桩，取中间一排桩处横截面　所得结果进行分析。　桩土接触单元选用两节点单元：剪切劲度ｋ　＝１　６００　ｋＮ／ｍ　，　法向劲度ｋ　＝９．８×１０　ｋＮ／ｍ。，桩端弹簧系数取３　０００　ｋＮ／ｍ　。　其中，各系数为参考文献［３］试验获得（具体数据列于文献［３］第　作者的博士论文《刚性桩加固软土地基的路堤荷载传递机理与　一优化研究》）。　分析过程遵循的施工步骤先后次序如下：　１）天然地基在自重作用下位移清零；　２）打桩并设置桩帽；　ＤＸ（Ｖ）ｌｌ　２４．　图２横向变形结果　上述结果表明：　３）铺设土工格栅和碎石垫层；　４）施加填土荷载。　收稿日期：２０１２－０２＿２７　’　１）与压板荷载不同，路堤荷载存在较大的侧压力，使竖向变　形等值面呈弧形扩散状；　作者简介：黄文锋（１９７８－），男，在读博士，工程师　・，口Ｊｕ　【　，　一７　Ｊ　１２６・　第３８卷第ｌ５期　２　０　１　２年５月　山　西　建　筑　　２）使用中应根据场地条件，适当放宽路堤边缘坡度，增强填　那么：土边缘边坡稳定性；　３）对于重要车道，路堤边缘横向变形较大，应增加护栏，护栏　日＝ｈ１＋ｈ２　＝　（１）　（２）ｚ，　（３）　位置需往中心方向缩进１　ｍ一２　ｍ，以保证行车安全；　４）通过与冯波的模型　对比，计算结果稍小，是冯波的模型　跨度较大和地质状况稍差所致；　———　一　ｐ＝　一　Ｈ　其中，　可通过数值计算获得。根据式（１）一式（３）的计算结　５）桩顶平面竖向变形较大，有必要进一步分析该处产生土拱　果，以Ｌ。表示桩端平面各点与中心线的距离，图７显示了桩底土　效应而引起桩帽和桩间土的沉降差。　ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ　ＤＺ．Ｉｎ　＋ｌ＿５１６　２０ｅ’Ｉ）０２　＋１．１９７　６０ｅ—）ｏ３　－１．２７６　６８ｅ～００２　—２，６７３　ｌｌｅ—００２　－４．０６９　５５ｅ—００２　—５．４６５　９８ｅ～ＯＯ２　—６．８６２　４２ｅ—＿０ｏ２　－８．２５８　８６ｅ　一９．６５５　２９ｅ－．００２　—１．１Ｏ５　１７ｅ—）０１　－１．２４４　８２ｅ—ｏ０１　—１－３８４　４６ｅ　００ｌ　－１．５２４　ｌＯｅ—００１　－０．０００　１６．６８７　３３．３７４　１．６６３　７５ｅ　Ｄ０１　一１．８０３　３９ｅ　０Ｏ１　－ＤＺ（Ｖ）８．３４３　２５．０３０　ｉ．９４３　０３ｅ—００１　－２．０８２　６８ｅ一００ｌ　图３竖向变形结果　２．２桩顶平面　桩顶平面是指桩帽上表面组成的平面，和施工基面在同一平　面内。以　表示桩顶平面在模型横截面上各个点到路堤中心的　Ⅲ，距离，　表示桩顶平面竖向变形大小，图４显示了埘一Ｌ关系曲线。　结果显示：　１）桩顶平面竖向变形为沉降盆状，经放大后群桩桩顶区域为　细致波浪线，桩帽和桩间土竖向变形相对差异最大值为８．７　ｍｍ，　桩帽对垫层的刺入量不大，属于安全使用范围，对土拱有一定的　保护作用；　２）路堤中部竖向位移较大，最大值为２０．８　ｅｍ；　３）路堤边缘外发生竖向隆起，最大隆起量为１．６　ｃｍ。　Ｏ・ｌ　Ｏ　｛－０．１　＿０・２　－ｏ‘３　图４　ｗ　一Ｌ关系曲线　计算结果同时表明：若去掉垫层，计算发散，说明在路堤填土　厚度较大的情况下，加筋垫层对桩顶平面有明显的保护作用。　２．３桩身受力　目前，按实际使用效果，中桩受力特征以轴力和桩侧摩阻力　较大、弯矩和剪力较小为主，通过ＰＴＣ管桩的设置，充分放宽桩一　土的接触面，使用安全可靠性较高，而边桩虽随着路堤填土的厚　度减小轴力和桩侧摩阻力减小，但出现了较大的弯矩和剪力，使　用安全可靠性稍差。因而近年来边桩受力特点成为工后反映的　一个热点。图５和图６分别显示了图１所示编号分别为１，２，３号　边桩的桩身弯矩和剪力随桩深分布曲线。从图５，图６中反映出：　１）边桩弯矩和剪力分布值较大；２）在土层分布变异处即软土和粘　土的接触面，剪力出现一定程度的峰值。因此，在设计中应注意　适当增大边桩的弯筋配筋率和箍筋配箍率。　２．４桩端土附加应力　以Ｐ表示横截面上桩底各点附加应力，　为该点的竖向应力，　为该点处的计算土重，日表示各点的深度，　。为淤泥土重，　为　粘土土重，ｈ。为淤泥厚度，ｈ：为淤泥与粘土接触面至该点的距离，　的附加应力随Ｌ　变化曲线。从图７中反映出：　１）桩端平面上附加压力不大，按力学平衡条件，是桩侧摩阻　力充分发挥所致；　２）桩端附近单元土体有应力集中现象，最大附加应力差为　１５．１　ｋＰａ；　３）非群桩加固区域附加应力出现正值，和上部路堤边缘外地　基的隆起是相对应的。　弯矩　Ｎ・ｎｌ　。　１号桩弯矩　２号桩弯矩　３号桩弯矩　一１Ｒｊ　＝＝＝＞　图５　１号一３号桩弯矩随桩深变化曲线　剪力／ｋＮ　—４０　—２Ｏ　０　２Ｏ　４０　一．．　１号桩剪力　＿　２号桩剪力　＿１．　３号桩剪力　１ＲＩ　＝）　图６　１号一３号剪力随桩深变化曲线　０　，／■——＿　重　Ｈ　　．ｍ　—４０　－８０　图７　ｐ—　。关系曲线　上述结果同时表明，当桩长足够，通过桩侧摩阻力的充分发　挥，是可以降低桩端平面下土的附加压力的，因而，目前在条件允　许的情况下，通过利用尽量增加桩长、降低沉降和桩端平面土的　附加压力来增强路基可靠性的方法　受到了更多的关注。　３结语　对于桩承式路堤，设置垫层可对桩顶平面产生良好的保护作　用；在路堤荷载侧压力作用下，边桩中上部弯矩和剪力较大；中桩　桩侧摩阻力充分发挥有效减小了桩端土附加应力。　参考文献：　［１］　周曙春，庞海霞．刚性桩复合地基在滨海软土地基中的应用　［Ｊ］．山西建筑，２００８，３４（３１）：１００—１０１．　［２］　Ｃｈｅｎ　Ｙｕｎ—ａｒｉｎ，Ｃａｏ　Ｗｅｉ－ｐｉｎｇ，Ｃｈｅｎ　Ｒｅｎ－ｐｅｎｇ．Ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ａｒｃｈｉｎｇ　ｗｉｔｈｉｎ　ｂａｓａｌ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ａｎｄ　ｕｎｒｅｉｎ．　ｆｏｒｃｅｄ　ｐｉｌｅｄ　ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅｓ　ａｎｄ　ＣｒｅｏｎｌｅｂｍＦｎａｅｓ，　２００８，２６（２）：１６４—１７４．　［３］　芮瑞，夏元友．桩一网复合地基与桩承式路堤的对比数值　　第３８卷第ｌ５期　２　０　１　２年５月　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　山　西　建　筑　Ｖ０１．３８　Ｎｏ．１５　Ｍａｙ．　２０１２　・１２７・　文章编号：１００９—６８２５（２０１２）１５－０１２７－０２　谈高速公路改扩建加宽方式　李　平　（广东省）台金建筑设计研究院，广东广州５１００８０】　摘　要：针对如何选择最佳的高速公路改扩建加宽方式的问题，介绍了主要的改扩建加宽方式，以列表形式对主要加宽方式的控　制性因素进行了对比分析，并结合工程实例进行了探讨，具有一定的现实指导意义。　关键词：高速公路，改扩建，加宽方式　中图分类号：１３４１８．８　文献标识码：Ａ　’　０　引言　扩建工程）进行探讨。惠深高速改扩建工程设计速度１００　ｋｎ　，由　采用“两侧加宽为主、局部单侧加　随着我国经济建设的快速发展，道路交通量增长迅速，不少　双向四车道扩建为双向六车道，早期建成的高速公路由于设计标准较低、超大中修期服役等原　宽或分离”的扩建原则，全线存在多处需对加宽方式比选后择优　因，已经无法适应目前大交通量的需求，需要改建和扩建。本文　采用的复杂路段。在此，本文只选择其中两段典型路段进行分析　将结合工程实例对高速公路改扩建的关键步骤——加宽方式的　选择进行分析探讨。　探讨。　表１　加宽方式分析和对比表　控制　因素　加宽方式　两侧加宽　１　主要的改扩建加宽方式　高速公路改扩建的加宽方式有：单侧加宽、单侧分离、两侧加　单侧加宽　分离加宽　与新建公路相同　宽、两侧分离及混合加宽等多种形式。分析归纳我国高速公路改　扩建的工程经验，平原微丘区一般采用“两侧加宽，局部分离”，如　沪宁高速、京港澳高速石家庄至磁县段、连霍高速郑州段；而山岭　重丘区由于高填深挖路段多、桥隧结构物多及施工期保通分流困　难等，多采用“单侧加宽”，如连霍高速郑州至洛阳段。　加宽路基施工较易，施　需两侧拼接旧路基，　路基　工面广　加宽宽度不大时，难　以压实　需要调整路拱横坡，路　顺接原路横坡，路面　路面　面工程量较大　施工较简单，工程量　较小　防护　需要重新修建两侧　工程　只需重新修建一侧防护　防护　桥梁　桥梁拼宽较复杂，需合　桥梁拼宽较简单，施　结构　并为一幅时更为困难　工较容易　与新建公路相同　与新建公路相同　与新建公路相同　２加宽方式的分析和对比　总结我国高速公路改扩建主要的加宽方式，本文对单侧加　宽、两侧加宽、单侧分离及两侧分离的控制因素进行分析和对比　（见表１）。　３工程实例　早期的高速公路建设受当时的社会经济发展水平影响，多以　双向四车道为主，且很少从远期规划考虑预留改扩建的余地。因　此，我国高速公路的改扩建相对比较复杂，既有的约束条件较多，　不能简单的采用一套固有的思维去处理，而应该开拓思路，详细　四车道扩建为八时，交　交通　通组织较简单；四车道　施工对交通影响较　施工对交通影响较　组织　扩建为六车道、六车道　大，交通组织和安全　小，交通组织和安全　扩建为八车道时交通组　工作较复杂　工作较简单　织较复杂　中分带　处理　中分带的处理较复杂　中分带的处理较简单　中分带的处理较简单　需要重新布线，由于　路线　通常需要重新布线，平　可基本沿用原有中　线位的分离和汇合增　总体　纵面改动较大　线，平纵面改动较小　加车辆的转换，通行　能力下降　分析每个路段、每个受限条件，寻找最佳的改扩建方式。本文将　３．１　采用单侧加宽避让拆迁和占用地方路　．　结合惠深高速公路惠州段加宽改扩建工程（以下简称惠深高速改　模拟［Ｊ］．岩土工程学报，２００７，２９（５）：６６９￣７２．　惠深高速Ｉ（２＋９８０～Ｋ５＋０００路段中，ｌ（３＋５４０～Ｋ４＋３００段　［５］　莫海鸿，黄文锋，房营光．不同桩长对无持力层刺入工况下　刚性网格一桩加固路基的影响研究［Ｊ］．岩石力学与工程学　报，２０１２（ｓｕｐ）：１７－１８．　［４］　冯波．刚性桩在桥台后深厚软土地基处理中的应用［Ｊ］．　山西建筑，２０１０，３６（２４）：３３８—３３９．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｋｅｙ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｐｉｅｄ　ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｆｅｎｇ’’　ＺＨＡＮＧ　Ｙｉ。ＬＩＮ　Ｊｉ－ｓｈｅｎｇ４　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　Ｄ，Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｏｕｔｈ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆＣｈｉｏｎａ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６５５，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｅｒｈｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｎ　ｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣｈｉａ　ｎＰｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　４３００７１，Ｃｈｉｎａ；４．Ｃｈａｏｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ　ｆＧｕａｎｇｄｏｎｇ　ｏＰｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｏｚｈｏｕ　５２１０００，Ｃｈｉａ）ｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｐｉｌｅｄ　ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ，ｗｈｏｓｅ　ｋｅｙ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ａｌｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｕｓｈｉｏｎ　ｈａｓ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｐｉｌｅ．ｈｅａｄ　ｐｌａｎｅ，ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｍｏｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｓｈｅａｒ　ｆｏｒｃｅｓ　ｆ　ｓｉｄｅ　ｐｉｌｏｅｓ　ａｌｅ　ｌａｒｇｅ，ａｎｄ　ｔｈａｔ，ｔｈｅ　ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｐｌａｙ　ｆ　ｏｓｈａｆｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｄｄｌｅ　ｐｉｌｅｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｆ山ｅｏ　ｓｏｉｌ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｂｏｔｔｏｍｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｋｅｙ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｉｌｅｄ　ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ，ｓｉｄｅ　ｐｉｌｅ　收稿日期：２０１２—０３－３１　作者简介：李平（１９８１－），男，工程师