【摘要】：路基寬度不足是被交路升級改建中立體交叉路段的關(guān)鍵制約因素之一。由于環(huán)境條件和建設(shè)成本等原因,柱式橋臺被大量應(yīng)用在立體交叉路段的立交橋中,在被交路提升等級改建時,利用上跨公路柱式橋臺能夠為被交路提供通行空間的潛力,在不拆除重建、不中斷交通、不影響通行安全的前提下,挖除臺前填土,增設(shè)擋墻成為最經(jīng)濟(jì)途徑。但在施工及運(yùn)營過程中,不能回避的問題是,由于臺前填土、錐坡的挖除和擋墻基坑的開挖,橋臺填土外露面垂直,坡度大、邊坡高,在路基與路面結(jié)構(gòu)自重、行車荷載、橋頭跳車的作用下,失穩(wěn)破壞造成安全事故的危險較高。 針對特殊的工程條件和施工要求,開展室內(nèi)模型試驗,在研究袖閥管劈裂注漿加固路基荷載響應(yīng)特性,探察微樁與劈裂土體的漿液在土中形成層狀骨架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,利用解析和有限元數(shù)值計算的方法對土中骨架結(jié)構(gòu)的輪載靜、動力特性以及加固參數(shù)、邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行擴(kuò)展分析；以工程實例為背景,開展邊坡填土分段分級順序挖除、臺前臺后注漿加固的數(shù)值模擬和分析,并經(jīng)現(xiàn)場驗證；采用數(shù)值計算和現(xiàn)場檢測相結(jié)合的方法研究錨拉式擋墻墻后土壓力、墻體應(yīng)力與位移、錨桿軸力在施工和運(yùn)營過程中的分布及演變規(guī)律。提出了對臺背填土及臺前地基土進(jìn)行袖閥管劈裂注漿加固,分段分級挖除填土并采用錨拉式鋼筋混凝土擋土墻進(jìn)行支護(hù)的柱式橋臺改建方法。 本課題取得了如下創(chuàng)新性研究成果： (1)通過室內(nèi)路基模型的毛細(xì)水上升試驗、分級循環(huán)加載試驗、袖閥管劈裂注漿加固試驗,研究其在4級荷載作用下穩(wěn)定性衰減的原因和規(guī)律,微樁及漿液在土中的形態(tài)和分布。結(jié)果表明：粉土具有強(qiáng)烈的毛細(xì)水作用,導(dǎo)致路基土體含水率增大,潛水位以上60cm為近飽和狀態(tài),飽和區(qū)含水率達(dá)27.5%,毛細(xì)水作用區(qū)比新建路基時的含水率平均高出7.2%,土體的抗剪強(qiáng)度下降,路基的總體剛度降低70%,超載作用下路基頂面豎向塑性累積變形隨著荷載的增大而快速增加,呈破壞趨勢；衰減路基模型的豎向應(yīng)力分量減小而水平應(yīng)力分量增大,應(yīng)力分量的變化反應(yīng)了路基模型邊坡有側(cè)滑破壞的趨勢；袖閥管劈裂注漿加固路基模型中土體的豎向應(yīng)力及水平應(yīng)力都顯著減小,漿液劈裂土體水平成層,并不與被加固粉土路基土體滲透摻混,成層的凝固漿液不僅阻斷了土中毛細(xì)水上升的通道,而且與微樁形成土中骨架結(jié)構(gòu),這種土中骨架結(jié)構(gòu)可使衰減路基的總體剛度提高到新建路基的116%。 (2)土中骨架結(jié)構(gòu)的劈裂層及微樁采用混凝土損傷塑性模型、土體采用Mohr-Coulomb模型,通過分離建模嵌入技術(shù)模擬劈裂層的加固作用,實現(xiàn)對剛度相差較大的土中骨架結(jié)構(gòu)輪載響應(yīng)的彈塑性數(shù)值分析；土中骨架把荷載分散傳遞到土體的深部,路面與土體的整體剛度增大,彎沉變形減小；頂部樁間土體豎向應(yīng)力在加固前、后相差大約50%,加固深度應(yīng)大于輪載產(chǎn)生的附加應(yīng)力的影響范圍,大約10m。土中骨架結(jié)構(gòu)輪載動力分析時位移值變小,基層層底拉應(yīng)力降低,但波動影響范圍增大,土基以上各路面結(jié)構(gòu)層在移動荷載下的豎向位移時程曲線一致,其中瀝青面層位移值最大為0.16mm,小于靜力下的0.26mm；位移峰值延后應(yīng)力峰值0.005s,土中骨架結(jié)構(gòu)荷載響應(yīng)快。加固參數(shù)的分析表明,劈裂層間距越大,頂面彎沉值就越大,從1.0m至2.0m的變化對彎沉值的影響較大,劈裂層間距應(yīng)控制在1.0m以內(nèi)。土中骨架結(jié)構(gòu)加固邊坡的穩(wěn)定性分析表明,邊坡點(diǎn)的水平位移在強(qiáng)度折減系數(shù)3.80時突變(數(shù)值計算收斂),而加固前為1.85(數(shù)值計算不收斂),邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)提高了一倍多。 (3)數(shù)值模擬臺前填土不同挖除順序的施工過程,分析開挖土體的穩(wěn)定性和成拱效應(yīng),得到一定高度下跳槽開挖最大寬度為12m；以極限破壞狀態(tài)時對應(yīng)的PEMAG塑性區(qū)域分布和滑裂面的位置為參考確定施工加固區(qū)域�，F(xiàn)場驗證了柱式橋臺前坡?lián)鯄脑旆椒?臺后主動土壓力區(qū)和臺前被動土壓力區(qū)的注漿加固,有效提高了加固區(qū)土體的抗剪強(qiáng)度和抗變形能力,挖除施工過程中無坍塌、掉落、滑移等現(xiàn)象,施工中上跨高速公路通行正常。 (4)錨拉式擋墻在施工過程中的靜力、橋頭跳車沖擊動力的數(shù)值模擬及現(xiàn)場錨桿拉拔、墻體位移、錨桿拉力監(jiān)測和工后檢測分析表明：墻后土壓力沿墻高自上而下逐漸增大,但土壓力的分布受錨桿影響,下層錨桿影響區(qū)土壓力最大,上層次之,中層最�。粔笸翂毫ρ貕拸闹械竭呏饾u減小,挖除對墻后土壓力分布影響較大；注漿加固后墻后土體的側(cè)壓力系數(shù)降低。相鄰節(jié)段挖除過程中,墻頂水平位移不斷增大,從第1級至第4級墻頂水平位移增大了0.66mm,與檢測結(jié)果(0.65mm)相符。錨桿軸力在墻高方向底層最大,中層次之,頂層最��；在墻寬方向,錨桿軸力分布不均,墻中最小,墻1/4處最大。錨拉式擋墻在施工過程中柔性變形,墻后土壓力的分布復(fù)雜,不能按靜止土壓力理論計算。錨桿在試驗拉拔力范圍內(nèi)與錨固土體粘結(jié)良好,拉拔力與伸長值呈線性相關(guān),處于彈性范圍內(nèi)。試驗錨桿在施工期處應(yīng)力松馳階段,錨桿拉力沒有突然變化,說明墻后土體整體穩(wěn)定；墻頂位移隨時間逐漸增大,而后趨于平緩,位移增長期主要是施工期,最大位移為lmm。運(yùn)營過程中各錨桿呈應(yīng)力松馳狀態(tài)而后趨于穩(wěn)定,不同位置的錨桿拉力降低幅值也不一樣,拉力降低最多的是行車道擋墻的下層錨桿,其次為上層錨桿,而內(nèi)側(cè)超車道擋墻錨桿拉力降低幅值基本一致,這說明行車道的墻后土體有向側(cè)前方滑移變形的趨勢,而超車道墻后土體側(cè)向變形小。工后檢測表明,墻土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 最后,對后續(xù)研究工作的方向進(jìn)行了簡單的討論。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U443.21;U416.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 李術(shù)才;朱維申;陳衛(wèi)忠;徐靖南;;MECHANICAL MODEL OF MULTI-CRACK ROCKMASS AND ITS ENGINEERING APPLICATION[J];Acta Mechanica Sinica;2000年04期

2 趙尚毅,鄭穎人,唐樹名;路塹邊坡施工順序?qū)吰路�(wěn)定性影響數(shù)值模擬分析[J];地下空間;2003年04期

3 孫鋒;陳鐵林;張頂立;張中檢;李鵬飛;;基于賓漢體漿液的海底隧道劈裂注漿機(jī)理研究[J];北京交通大學(xué)學(xué)報;2009年04期

4 尹玉成,孔德萍;高壓劈裂注漿加固滑體施工工法[J];城市道橋與防洪;1998年04期

5 鄭穎人;葉海林;黃潤秋;李安洪;許江波;;邊坡地震穩(wěn)定性分析探討[J];地震工程與工程振動;2010年02期

6 鄧學(xué)鈞;車輛-地面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動力學(xué)研究[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年03期

7 吳兆營,薄景山,劉紅帥,丁仁杰,齊文浩,劉德東;巖體邊坡地震穩(wěn)定性動安全系數(shù)分析方法[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報;2004年03期

8 鄭穎人,趙尚毅,張魯渝;用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析[J];中國工程科學(xué);2002年10期

9 鄭穎人;趙尚毅;鄧楚鍵;劉明維;唐曉松;張黎明;;有限元極限分析法發(fā)展及其在巖土工程中的應(yīng)用[J];中國工程科學(xué);2006年12期

10 沈偉,池躍君,宋二祥;考慮樁、土、墊層協(xié)同作用的剛性樁復(fù)合地基沉降計算方法[J];工程力學(xué);2003年02期

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2 羅恒;注漿理論研究及其在公路工程中的應(yīng)用[D];中南大學(xué);2010年

3 王崇濤;路橋過渡段差異沉降與動力響應(yīng)研究[D];長安大學(xué);2010年

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本文編號：2572265