文档介绍：加宽改造道路路基不均匀沉降指标研究
加宽改造道路路基不均匀沉降指标研究
摘要:路基拓宽后的不均匀沉降是产生结合部处纵向裂缝的主要原因,本文从公路路面结构性指标出发,应用有限元方法计算了由于新旧路基不均匀沉降引起的路面结构内应力,阐述了旧路拓宽改造后控制结合部处产生纵向裂缝的容许不均匀沉降指标。
关键词:结构性;有限元;旧路拓宽;不均匀沉降
中图分类号:U213文献标识码: A
无论对于新建公路,还是老路加宽改造,都存在路基沉降问题,新筑路基的沉降将引起两方面的影响:一是对路面功能性的影响,即可能影响路面纵坡、横坡、以及平整度。二是对路面结构性的影响,地基不均匀沉降将引起路面结构内部产生附加应力,一旦这种应力与车轮荷载产生的应力之和大于结构层材料的强度,路面的结构将会破坏,这正是本文的研究所在。因此,要求在公路使用年限内最大的不均匀沉降值不超过容许工后沉降标准。
旧路拓宽改造后,新路基沉降量较大,而老路基已经完成大部分工后沉降。所以路基表面沉降曲线在结合部位置可能产生突变,从而引起该部位路面各结构层中产生应力集中,当应力超出路面材料的抗拉强度时,路面就会产生开裂,这也是老路拓宽改造后在结合部位置容易产生纵缝的原因。因此本章将重点计算新旧路结合部处的路面结构层应力,以确定工后容许沉降标准。

由于路堤表面的不均匀下沉会使路面底基层与路堤脱空,路面结构在自重和行车荷载作用下要随路堤向下发生跟随位移和挠曲,而正是挠曲使路面板体内产生应力。因此,要准确计算不均匀沉降在路面结构层产生的应力,就必须首先拟合好路基表面的差异沉降曲线。
对于新建公路,人们通常用抛物线来拟合:
(1)
式中:——曲线中任意点与路面边缘的不均匀沉降差;
——路面宽度;
——路基中部和边缘的最大不均匀沉降差。
这种曲线类型能相对较好地拟合路基表面的不均匀沉降情况,具有一定的适用性。
由于模拟新建公路的抛物线类型比较接近实际,因此本文对其进行处理,用来近似模拟旧路拓宽后的沉降曲线。具体思路如下:

图1拓宽路基沉降变形模拟图
①将旧路拓宽后的整个路基当作是新修公路,那么其顶面沉降曲线S总可以用抛物线y1=f1(x1)来进行拟合;
②原有老路基的沉降曲线S旧,仍可用抛物线y2=f2(x2)进行拟合;
③对于新拓宽段引起的沉降变形S新,即为两条抛物线相减的差值y3=y1-y2,如下图所示:

由于路堤的不均匀沉降会使路面基层板体与路堤脱空,各层结构在自重的作用下要随路堤向下发生跟随位移和挠曲,如图2所示,从而在路面各结构层不同位置产生拉应力或压应力。

图2路面结构对路基的跟随变形图
在进行有限元分析时,作如下假定:
(1)假定底基层与路堤接触边界是光滑的,无摩擦力;
(2)路面在自重及外荷作用下的跟随位移量为路堤表面沉降量,即路基和路面不产生脱空;
(3)各层材料为均质、连续、各向同性;层间接触连续,完全粘合;
(4)采用平面应变有限元模型,面层、基层、底基层都采用平面单元。
在有限元计算时路面结构取三层:面层、基层、底基层,路面有限元计算网格划分和路面结构见图3、图4。其中