導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 建筑安全論文>>正文

山區(qū)生態(tài)環(huán)保型雙層行車路基結(jié)構(gòu)研究

文檔作者：房超孫國富張曉霞王超文檔來源：北京工業(yè)大學(xué)建筑X-程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月13日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大?。?1.54 MB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點(diǎn)數(shù)： 1 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請下載。

注：預(yù)覽效果可能會(huì)出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：1.54 MB 共4頁文件格式：PDF 下載點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)（VIP會(huì)員免費(fèi)）

上一篇：山西某大劇院看臺(tái)屋面網(wǎng)架超高施工模架設(shè)…

文本預(yù)覽

僅提取頁面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

2017年3月上
第46卷第5期
施工技術(shù)
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 87
DOI：10．7672／s自s2017050087
山區(qū)生態(tài)環(huán)保型雙層行車路基結(jié)構(gòu)研究
房超，孫國富，張曉霞，王超
(北京_T-業(yè)大學(xué)建筑X-程學(xué)院，北京100124)
[摘要]由于山區(qū)地形地貌的特點(diǎn)，在陡坡地形修建高等級公路時(shí)，現(xiàn)有路基結(jié)構(gòu)形式難以保證環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益俱
佳。因此，提出一種對自然山體擾動(dòng)與破壞較小的雙層行車路基結(jié)構(gòu)，從環(huán)境影響、工程造價(jià)和施工難易等方面與
現(xiàn)有路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，并利用ABAQUS有限元軟件對4種可行的雙層行車路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析其靜力
特性。
[關(guān)鍵詞]公路工程；山區(qū)公路；路基；靜力特性；數(shù)值模擬；有限元分析
[中圖分類號(hào)]U416．1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A [文章編號(hào)】1002—8498(2017)05-0087-04
Research on Ecological Double—decker Subgrade Applied in
Mountainous Regions
Fang Chao，Sun Guofu，Zhang Xiaoxia，Wang Chao
(College ofArchitecture and Civil Engineering，Beijing University of Technology，Beqing 100124，China)
Abstract：Building mountain highway in steep terrain，the existing subgrade structure is difficult to ensure
both environmental and economic benefits are good due to the characteristics of mountainous topography．
Therefore this paper proposes a new subgrade structure applicable to double-decker traffic which will
cause less damage to the mountain natural environment，and compares with the existing subgrade
structure from the aspects of the environmental impact，engineering cost and construction difficulty，
analyzes the static characteristics of four feasible structural forms by finite element software ABAQUS．
Key words：road construction；mountain highway；subgrade；static characteristics；simulation；finite
element analysis
0 引言
公路是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，而在山
區(qū)尤其是陡坡地形修建公路時(shí)，由于山區(qū)地形地貌
的特點(diǎn)，往往會(huì)造成較大的山體擾動(dòng)、水土流失以
及森林植被破壞等，并且容易誘發(fā)巖推、滑坡、泥石
流等不良地質(zhì)災(zāi)害。因此，山區(qū)公路建設(shè)中的生態(tài)
保護(hù)問題顯得尤為重要，如何降低對自然山體造成
的擾動(dòng)和破壞，是實(shí)現(xiàn)山區(qū)公路建設(shè)與環(huán)境保護(hù)可
持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵課題?。
目前，山區(qū)公路路基設(shè)計(jì)通常采用的結(jié)構(gòu)形式
有一般整體式、一般分離式、大跨度棚洞及傍山橋
等。以在山區(qū)40。陡坡地形上修建雙向4車道公路
為例，常用的4種路基結(jié)構(gòu)形式合理布置時(shí)對山體
的擾動(dòng)程度分別如圖1所示。
}2015年度北京市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目(KM201510005017)
[作者簡介]房超，碩士研究生，E—mail：52227629l@qq．coin
[收稿日期]2016-01-29；[修訂日期】2016-05-12
由圖1分析可知，一般整體式路基的挖方邊坡
高，土石方量較大；一般分離式路基雖然挖方高度
和土石方量較小，但是對自然山體擾動(dòng)范圍大；大
跨度棚洞采用洞頂回填的方式對自然山體進(jìn)行創(chuàng)
面恢復(fù)，但開挖及回填土石方量較大，且對結(jié)構(gòu)承
載能力要求較高；傍山橋結(jié)構(gòu)對山體擾動(dòng)較小，但
是造價(jià)高、施工難度大。綜合考慮環(huán)境影響與經(jīng)濟(jì)
效益等多方面因素，現(xiàn)有路基結(jié)構(gòu)形式并不適合山
區(qū)陡坡地形條件下多車道公路的修建。因此，提出
一種對自然山體破壞小、施工難度及造價(jià)適中，并
且可對邊坡起到較好支擋作用的新型雙層行車路
基結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式及陡坡地形斷面布置如圖2所示。
將新型雙層行車路基與以上4種常用路基在環(huán)
境影響、工程造價(jià)及施工難易等方面進(jìn)行比較，比
較結(jié)果如表1所示。從表1中可知，新型雙層行車
路基結(jié)構(gòu)建造難度適中，造價(jià)只有傍山橋及棚洞
(或隧道)結(jié)構(gòu)的50％，僅比一般填挖路基高30％，
而對自然山體的擾動(dòng)范圍只有其他路基形式
萬方數(shù)據(jù)
施H￡術(shù)一，
a一般整體式路基斷面b 1般分離式路基斷面
c大跨度棚洞結(jié)構(gòu)斷面d傍山橋結(jié)構(gòu)斷面
圖1 現(xiàn)有路基山體擾動(dòng)程度比較
Fig．1 Comparison of mountain disturbance by
existing subgrade
＼一u傅擾動(dòng)璺蔓!里7rn
圖2 新型雙層行車路基示意
Fig．2 Double·deck subgrade
的30％一45％，綜合性價(jià)比較高，因此更加適合山
區(qū)陡坡地形公路路基設(shè)計(jì)。
表1不同路基結(jié)構(gòu)綜合比較
Table 1 Comprehensive comparison of different subgrade
1結(jié)構(gòu)形式分析
山嶺地區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，并且經(jīng)歷了漫長
的地質(zhì)年代才形成自然穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，對山體的
隨意擾動(dòng)會(huì)破壞山體的穩(wěn)定，并極有可能誘發(fā)不良
地質(zhì)災(zāi)害。因此，在山區(qū)修建公路時(shí)，不僅需要保
證路基結(jié)構(gòu)本身具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，邊坡的
安全與防護(hù)也尤為重要。針對以上特點(diǎn)并結(jié)合雙
第46卷
層行車路基結(jié)構(gòu)的特征，提出一種“錨索一抗滑樁-框
架”復(fù)合的路基結(jié)構(gòu)形式∞o，保證路基強(qiáng)度與穩(wěn)定
性的同時(shí)"o，對邊坡起到較好支擋與錨固作用。41，
充分確保了行車安全。新型復(fù)合路基結(jié)構(gòu)由橫梁、
縱梁、支撐柱、錨索、抗滑樁等部分組成，主體結(jié)構(gòu)
類似于h形抗滑樁"1，其中支撐柱不僅需要承受上
層行車荷載，還要對抗滑樁起到支撐作用，承受由
抗滑樁．橫梁傳遞的部分邊坡土壓力，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選
型的關(guān)鍵。對此提出4種可行的雙層行車路基結(jié)構(gòu)
形式，分別為直柱式、斜柱式、曲柱式及折柱式，各
結(jié)構(gòu)橫斷而分別如圖3昕示
a直柱式b斜柱式
c曲柱式d折柱式
圖3雙層行車路基結(jié)構(gòu)形式
Fig．3 Structure form of double·deck subgrade
直柱式結(jié)構(gòu)施工方便，能承受較大的豎向荷
載，但結(jié)構(gòu)本身水平剛度相對較低，水平荷載主要
由預(yù)應(yīng)力錨索承受。斜柱式結(jié)構(gòu)能同時(shí)承受豎向
荷載和水平荷載，對邊坡有較好的支擋作用，但基
礎(chǔ)傾斜設(shè)置不利于施工，且容易引起附加彎矩。曲
柱式類似于拱橋結(jié)構(gòu)，整體性好，與預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)
合能對邊坡起到較好的支擋作用，但設(shè)計(jì)、施工較
為復(fù)雜。折柱式能承受較大的豎向荷載及邊坡傳
來的水平荷載，結(jié)構(gòu)受力合理，施工難度適中。
2有限元模擬
2．1有限元模型
2．1．1模型材料
有限元模型主要由路基主體結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力錨索
及邊坡土體組成¨。，其中邊坡高15m，抗滑樁高
20m，結(jié)構(gòu)橫向跨度12m，下層凈空高6m，基礎(chǔ)埋深
1．6m。路基主體結(jié)構(gòu)材料為C30混凝土，采用線彈
性模型；預(yù)應(yīng)力錨索材料為鋼絞線，采用truss單元
模擬；邊坡土體按堅(jiān)硬狀態(tài)黏性土考慮，采用Mohr一
剝劉：．一匿一嬡量
萬方數(shù)據(jù)
房超等：山區(qū)生態(tài)環(huán)保型雙層行車路基結(jié)構(gòu)研究89
Coulomb彈塑性模型。各模型材料參數(shù)如表2
所示。
表2材料參數(shù)
Table 2 Material parameters
2．1．2模型荷載
模型所受的內(nèi)部荷載為結(jié)構(gòu)和邊坡自重、錨索
預(yù)應(yīng)力以及內(nèi)部產(chǎn)生的接觸力，外部荷載主要是行
車荷載。下層路面與地面直接接觸，所受荷載對結(jié)
構(gòu)受力幾乎沒有影響，主要考慮上層行車荷載。上
層結(jié)構(gòu)相當(dāng)于橋梁結(jié)構(gòu)，所受荷載按橋梁荷載考
慮，根據(jù)JTG D60--2015((公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，
橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車道荷載，汽車荷載等級
為公路一I級，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值g。=10．5kN／m，集中
荷載標(biāo)準(zhǔn)值P。=272kN；每束錨索預(yù)應(yīng)力F=
600kN，荷載示意如圖4所示。
r／一≯>、
!絲毫蛛㈤凌
2．1．3有限元模型
根據(jù)以上材料及荷載參數(shù)，建立4種不同結(jié)構(gòu)
形式路基的有限元模型，如圖5所示。
2．2數(shù)值模擬及結(jié)果分析
由于原始邊坡處于靜力平衡狀態(tài)，對邊坡模型
施加重力后會(huì)引起較大的位移與變形，與實(shí)際不
符，因此在對模型施加重力及外荷載之前需要對邊
坡進(jìn)行初始地應(yīng)力平衡?，同時(shí)對錨索施加預(yù)應(yīng)
力。以折柱式為例，模型初始地應(yīng)力平衡狀態(tài)如圖
初始地應(yīng)力平衡狀態(tài)，邊坡及預(yù)應(yīng)力錨索產(chǎn)生
相應(yīng)的應(yīng)力，而路基結(jié)構(gòu)應(yīng)力為0。然后分別對4
種模型施加重力及相應(yīng)行車荷載，運(yùn)用ABAQUS軟
件進(jìn)行分析計(jì)算，得出每種模型結(jié)構(gòu)與邊坡的位移
及受力情況。
2．2．1結(jié)構(gòu)及邊坡位移
卣柱式b斜柱式
c曲柱式d折柱式
圖5不同結(jié)構(gòu)形式路基有限元模型
Fig．5 Finite element models of different
subgrade structures
圖6 地應(yīng)力平衡狀態(tài)示意
Fig．6 Equilibrium of in·situ stresses
4種最大位移均出現(xiàn)在抗滑樁樁頂處，其中位
移最小的是曲柱式(6．0881Tim)，其次是斜柱式
(6．763mm)和折柱式(7．280ram)，位移最大的是
直柱式(7．881mm)；邊坡的最大位移均出現(xiàn)在與
樁頂相接觸的邊坡坡角及其附近范圍內(nèi)，位移值
略小于相應(yīng)樁頂位移，直柱式為6．803mm，斜柱式
為6．532mm，曲柱式為5．097mm，折柱式為
6．142mm。各結(jié)構(gòu)及邊坡位移相差不大且均遠(yuǎn)小
于規(guī)范要求的抗滑樁懸臂長度的1／100及10cm，
說明結(jié)構(gòu)在保證本身安全性與穩(wěn)定性的同時(shí)，對
邊坡有較好的支擋作用。結(jié)構(gòu)位移計(jì)算結(jié)果分別
如圖7所示。
2．2．2結(jié)構(gòu)應(yīng)力
4種結(jié)構(gòu)形式路基主拉應(yīng)力與主壓應(yīng)力值及其
位置為：直柱式結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力為3．807MPa，位于梁
柱節(jié)點(diǎn)處的橫梁上部；主壓應(yīng)力為0．156MPa，位于
梁柱節(jié)點(diǎn)處的橫梁中下部。斜柱式結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力
為4．424MPa，位于梁柱節(jié)點(diǎn)處支撐柱外側(cè)；主壓應(yīng)
力為0．420MPa，位于梁柱節(jié)點(diǎn)處的橫梁中下部。曲
柱式結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力為2．735MPa，位于梁柱節(jié)點(diǎn)處的
橫梁上部；主壓應(yīng)力為0．384MPa，位于梁柱節(jié)點(diǎn)處
萬方數(shù)據(jù)
90 施工技術(shù)第46卷
圖7位移計(jì)算結(jié)果
Fig．7 Displacement calculation results
的橫梁中下部。折柱式結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力為2．665MPa，
位于梁柱節(jié)點(diǎn)處的橫梁上部；主壓應(yīng)力為
0．313MPa，位于梁柱節(jié)點(diǎn)處的橫梁中下部。
依據(jù)第四強(qiáng)度理論，4種結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力最小的
是折柱式(3．167MPa)，其次是曲柱式(3．567MPa)
和直柱式(3．878MPa)，最大的是斜柱式
(4．088MPa)。各結(jié)構(gòu)承載力均處在安全范圍內(nèi)，其
中折柱式結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性最好。各結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力
計(jì)箅結(jié)果如圖8所示
C曲柱式
圖8 Mises應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
Fig．8 Results of Mises stress
4種結(jié)構(gòu)位移及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果綜合對比如表3
所示。
3 結(jié)語
1)新型雙層行車路基結(jié)構(gòu)具有較好的靜力穩(wěn)
定性，并且對邊坡有較好的支護(hù)作用。
2)曲柱式與折柱式結(jié)構(gòu)對邊坡支護(hù)作用與結(jié)
構(gòu)受力性能優(yōu)于直柱式與斜柱式，而折柱式結(jié)構(gòu)靜
力穩(wěn)定性最為優(yōu)越，內(nèi)力分布合理，對邊坡支護(hù)作
用也較好，并且施工難度低于曲柱式，應(yīng)為優(yōu)先選
用的結(jié)構(gòu)形式。
表3計(jì)算結(jié)果綜合對比
Table 3 Comprehensive comparison of
calculation resuits
3)橫梁與支撐柱相交節(jié)點(diǎn)處為結(jié)構(gòu)相對薄弱
部位，實(shí)際設(shè)計(jì)、施工時(shí)，宜通過設(shè)置合理加腋及構(gòu)
造配筋等方式改善其受力狀況，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性
與穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳紅，梁立杰，楊彩霞．可持續(xù)發(fā)展的公路建設(shè)生態(tài)觀[J]．
長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，24(1)：69-71，103．
[2] 楊博銘．預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁治理公路高陡邊坡的理論與應(yīng)用
研究[D]．長沙：湖南大學(xué)，2005．
[3] 崔巍，嚴(yán)志．山區(qū)公路路基穩(wěn)定性的研究[J]．交通科技與經(jīng)
濟(jì)，2006(4)：11—12．
[4] 蘭宏財(cái)，蘇貴巖．護(hù)坡加固結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J]．施工技術(shù)，
2014，43(S2)：113—115．
[5]歐明喜．h型抗滑樁力學(xué)機(jī)理及其工程應(yīng)用研究[D]．重慶：
重慶大學(xué)，2012．
[6] 李雙洋，趙德安，陳志敏．有限元法在預(yù)應(yīng)力錨索樁設(shè)計(jì)計(jì)算
中的應(yīng)用[J]．蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，23
(6)：38．41．
[7] 代汝林，李忠芳，王姣．基于ABAQUS的初始地應(yīng)力平衡方
法研究[J]．重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012(9)：
76．81
(上接第53頁)
環(huán)境的監(jiān)測，各種變形很小，滿足規(guī)范要求。該技
術(shù)不但解決了采用沉井法施工周期長，對周圍基礎(chǔ)
影響大，采用地下連續(xù)墻造價(jià)較高的弊端，同時(shí)，加
快了施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量和安全，減少了物
資投入，降低了施工成本，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠，工程
質(zhì)量優(yōu)良，未出現(xiàn)滲漏點(diǎn)，受到業(yè)主好評，創(chuàng)造了良
好的社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉國彬，王衛(wèi)東．基坑工程手冊[M]．2版．北京：中國建筑工
業(yè)出版社，2009．
[2]建筑施工手冊[M]．5版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011．
[3] 中國建筑科學(xué)研究院．建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJl20一
2012[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．
[4] 李凱，王敬，沈明真，等．填海區(qū)淤泥層高水位大直徑灌注樁
接長施工技術(shù)[J]．施工技術(shù)，2016，45(19)：4245．
[5] 尚增弟，王晶，雷斌，等，深厚硬巖鉆孔灌注樁大直徑潛孔錘
成樁綜合施工技術(shù)[J]．施工技術(shù)，2016，45(13)：18-21，54．
[6] 徐輝，劉洪剛，焦景毅，等．超長大直徑灌注樁在超高層建筑
中的應(yīng)用[J]．施工技術(shù)，2015，44(8)：109—113．

網(wǎng)友評論 more

建筑安全論文最新內(nèi)容

11-13