侧向辐射注浆技术对现役高速公路软土路基长期变形控制加固机理研究

摘要

现役高速公路长期变形是岩土工程中亟待解决的关键问题之一。除了较长时间的固结沉降以外，循环交通荷载的作用也会引起较大的软土路基沉降变形。日益增大的高速公路交通量使得软土地区的现役高速公路沉降病害问题越来越值得关注，而在传统的沉降研究中，大多忽略了高速公路的通行情况。对于已经通车的现役高速公路来说，普通的地基处理手段会影响正常的车辆通行，且道路沉降分析很少考虑加固前后高速公路的整个运营过程。因此采用合理的沉降处治手段进行加固时，分析加固前后沉降控制作用是解决现役高速公路长期变形沉降病害问题的关键。
　　本文以江苏省沿海高速公路沉降处治现场试验为背景，分析了采用侧向辐射注浆加固现役高速公路的施工过程中引起的地表隆起效应；采用静载简化的方法，开展了3D应力-孔压耦合有限元分析，模拟了注浆补偿效应和力学改性作用；基于累积塑性应变模型，对交通荷载作用下高速公路注浆加固前后的长期沉降趋势进行了预测和分析。
　　本文具体研究工作归纳如下：
　　①采用不排水条件下半无限空间球孔扩张分析了位移边界条件下球孔扩张引起的地表隆起，建立了多球孔扩张的位移叠加模型，计算了侧向辐射注浆时引起的地表隆起位移；并假设注浆球孔满足有限边界球孔扩张条件下的压力-扩张关系，分析了侧向辐射注浆时的极限注浆压力；综合考虑了注浆量，注浆压力和地表隆起三个注浆施工控制指标之间的关系，提出了侧向辐射注浆技术在加固高速公路路基时的施工隆起计算方法。
　　②以侧向辐射注浆现场试验和监测为依托，采用静载简化交通荷载，根据现场地质条件建立有限元计算模型，分析了注浆量、注浆力学改性和注浆膨胀隆起对高速公路沉降变形的影响，得到了考虑注浆补偿效应的沉降发展趋势。对注浆量、加固时间和土体参数进行了参数分析，得到了加固时间越早，控制后续沉降比例越大的结论。
　　③采用累积塑性应变经验公式，计算了高速公路软土路基在交通荷载作用下的长期沉降变形规律。通过分析累积塑性应变公式中各参数的物理意义，结合现场监测结果，确定了注浆前后计算参数的变化；分析了侧向辐射注浆加固后交通荷载动偏应力减小量，并采用了等效荷载作用次数确定了注浆前后的交通荷载引起沉降趋势的变化；计算了沉降沿路基深度的分布规律，得到了注浆加固后交通荷载引起的沉降向深部转移的结论；计算分析了不同处治时间下，侧向辐射注浆对交通荷载的控制作用，注浆加固后交通荷载引起沉降的控制比例达到40～80％。

目录

1 绪 论

1.2 高速公路沉降变形研究现状

1.3 注浆技术研究现状

1.4 研究内容与技术路线

2 侧向辐射注浆施工引起的地表隆起理论分析

2.1 半无限空间扩孔理论镜像方法

2.2 有限边界扩孔问题的压力-扩张关系

2.3 侧向辐射注浆多球孔位移叠加模型

2.4 高速公路侧向辐射注浆隆起位移影响实例分析

2.5 侧向辐射注浆施工隆起位移影响因素分析

2.6 本章小结

3 现役高速公路侧向辐射注浆沉降控制数值模拟

3.2 侧向辐射注浆数值模型

3.3 高速公路变形模拟及对比分析

3.4 高速公路侧向辐射注浆工后沉降影响参数分析

3.5 本章小结

4 交通荷载作用下现役高速公路长期沉降变形计算分析

4.2 交通荷载作用下高速公路的沉降计算

4.3 侧向辐射注浆技术对长期沉降的控制

4.4 侧向辐射注浆对高速公路长期沉降的影响因素分析

4.5 本章小结

5 结论和展望

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间参加的项目

B. 作者在攻读学位期间发表的学术论文

C. 作者在攻读学位期间发表的专利