摘 要

随着经济的发展，现有交通运输工程中，原有低等级道路设计已经不能够满足新兴发展的经济建设对交通道路设施需求的现状。在我国东部存在大量软土地基，在上面进行路堤改造需要对地基进行加固处理。本文使用岩土有限元数值模拟程序进行多种软土地基上的桩承式路堤改造方案数值模拟，模拟了改造前原路堤模型，设计了四种改造方案模型，并根据计算结果对影响路堤服役性能的总位移、水平位移和垂直位移进行对比分析，研究锚杆、桩数量、桩帽等加固单元对降低沉降位移的影响，进行综合比选。

结果表明，在软土地基上直接修建路堤，无论单独针对路堤进行怎样的改造都会导致严重的沉降以及路堤变形，这是由于软土地基的性质所造成的，即使通过增加桩的数量也无法从软土地基的软弱层获得对地基的承载力。因此软土地区路堤的改造或修建，需要针对主要部分，也就是下方受支持力并承受上部荷载的地基土层进行相应的加固处理。水泥搅拌桩地基预加固处理法对于软土地区的软弱层地基加固效果明显，可以有效增强土层所能提供的承载力，并通过桩体传递向上的力以承担上部路堤荷载。

关键词：软土路基；路堤改造；复合地基；性状分析

Comparison of embankment improvement schemes and analysis of service function and characters

ABSTRACT

With the development of economy, in the existing transportation projects, the original low-grade road design can no longer meet the demand of the newly developed economic construction for traffic road facilities. There are a lot of soft soil foundation in the east of China. This article uses a geotechnical finite element numerical simulation for a variety of pile type of embankment on soft soil ground retrofit scheme of numerical simulation, to restore the original embankment model before modification, and design of the four kinds of retrofit scheme model, and according to the calculated results of impact on the total displacement of the service performance of embankment, the horizontal displacement and vertical displacement, this paper compares and analyzes the anchor and pile number, pile length, pile caps unit to reduce the influence of the subsidence displacement, and make a comprehensive comparison.

The results show that the direct construction of embankment on soft soil foundation, regardless of the individual for the settlement of embankment on how to reform will lead to serious and embankment deformation, this is due to the nature of the soft soil foundation, even by increasing the number of piles cannot gain from the weak layer of soft soil foundation bearing capacity of foundation and strong support. Therefore, for the reconstruction or construction of embankment in soft soil area, corresponding reinforcement treatment should be carried out for the main part, namely the foundation and soil layer under the supporting force and bearing the upper load. Cement mixing pile foundation pre-consolidation method has obvious effect on soft soil foundation, which can effectively enhance the bearing capacity provided by soil layer, and transfer upward force through pile to resist upper embankment load.

Key words: Soft soil subgrade; Embankment reconstruction; Composite foundation; Character analysis

目 录

前 言 1

1 绪 论 2

1.1 研究背景和意义 2

1.2 国内外研究背景 4

1.2.1 路堤加宽施工技术 6

1.2.2 桩承式加筋路堤 7

1.2.3 复合地基 9

1.3 本文主要研究内容 11

1.3.1 存在的不足与问题 11

1.3.2 技术路线图 12

2 数值模型构建 13

2.1 软件程序简介 13

2.2 数值方法 14

2.2.1 材料模型 14

2.2.2 结构单元 15

2.3 材料赋值 16

2.3.2 土层赋值 17

2.3.3 板桩赋值 17

2.3.4 土工格栅赋值 18

2.3 网格生成与初始条件 18

2.4 计算与结果输出 19

3 路堤改造方案设计 20

3.1 工程背景 20

3.1.1 地理位置 20

3.1.2 地质背景 20

3.2 模型建立 22

3.2.1 原路堤截面模型模拟 22

3.2.2 加桩帽改造模型模拟 23

3.2.3 加桩改造模型模拟 24

3.2.4 加锚杆改造模型模拟 25

3.2.5 综合改造模型模拟 27

3.3 小结 28

4 路堤服役功能性状分析 29

4.1 分析标准选择 29

4.2 路堤位移值分析 29

4.2.1 基础模型分析 29

4.2.2 加桩帽改造模型分析 31

4.2.3 加桩模改造型分析 33

4.2.4 加锚杆改造模型分析 34

4.2.5 综合改造模型分析 35

4.3 各模型桩最大垂直位移数值分析 37

4.3.1 模型1的桩最大垂直位移分析 39

4.3.2 模型2的桩最大垂直位移分析 40

4.3.3 模型3的桩最大垂直位移分析 41

4.3.4 模型4的桩最大垂直位移分析 42

4.3.5 模型5的桩最大垂直位移分析 43

4.4 小结 44

5 结论与不足 45

5.1 结论 45

5.2 存在的不足 45

致 谢 47

参考文献 48

前 言

随着我国经济建设的大发展，当前交通运输工程中原有低等级道路设计已经不能满足新兴发展的经济建设对交通设施需求的现状，我国东部沿海地区土层以软土为主，在软基上修建路堤或者改造路堤将不可避免的发生一定程度上的沉降。

本文通过数值模拟软件建立模型，设计多种改造方案并一一建立模拟模型，研究不同改造方案对路堤位移的影响，包括对路堤总位移、水平位移、垂直位移的数值分析；地基桩垂直沉降的分析；路堤下底面垂直沉降的分析。

本文的主要研究内容如下：

（1）总结当前路堤改造加宽的施工技术方法。

（2）归纳当前路堤地基形式，分析其各自优劣。

（3）通过软件进行数值模型建立，分析沉降数值找出问题。

（4）针对问题根源设计改造方案，对比改造前后路堤沉降。

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

中国幅员辽阔，截止2018年末高速公路总里程高达14万公里。高速公路是国家最重要的运输资源，它具有行车安全性高、运输流量大、行车成本低等特点，对于促进国家经济增长、提高人民生活质量以及维护国家安全有重要作用。由于新旧路基选材的差异性导致了该路段路基承载能力达不到预期设计,国内许多路段由于施工时间不同导致公路在接缝处产生沉降差异，最终影响了路段沉降缝的产生。

而当前交通运输工程中，某些地区其时而久旱成灾时而暴雨连绵的独特气候特性对道路尤其是路堤的实用性、可靠性、安全性提出了严峻的挑战，原有低等级的道路设计已不能满足新兴发展的经济建设对交通设施需求的现状，如东部软基上修建路堤为满足新的运输需求要进行路幅加宽，新路堤下地基也要进行加固处理，否则一旦出现因道路年久失修而引发的安全事故，不仅会造成经济上的损失，对出行人员的生命安全也是极大的隐患。随着我国道路建设速度越来越快，该方向的越来越受重视。