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西部交通建设科技项目
西部交通建设科技项目
合同编号:2001 318 812 59
路桥过渡段路基修筑技术
研究报告简本
长 安 大 学
二ΟΟ五年二月
1 项目背景
国外针对桥头跳车病害所造成的巨大养护和维修费用,及其所引起的不良社会反映,通过对大量桥头跳车病害的调查,提出了一些预防措施。发达国家由于高速公路起步早,现有的方法主要是补救维修。同时,由于其高速公路的路堤填土高度较低,通道数量较少,且施工周期较长,所产生的工后沉降较小,相应产生的危害就小,处治的思路与处治费用就会大不一样。国内也开展了很多这方面的研究工作,提出了一些处治方法,并在工程中积极推广应用。但有些方法处治机理不清,治标不治本,故有成功的案例,也不乏失效的报道。究其原因,主要是没有进行系统的研究,对处治方法的作用机理和适应性没有搞清楚,即使立题研究,也往往投入较少,只有宏观调查资料,而缺少试验分析结果,现场测试分析较少。因此,方法的推广应用就必然受到限制。当然,高速公路的建设实践,也积累了不少经验,总结出一些很有效的处治手段,因此,对这些问题开展深入系统的研究,对于保证高速公路车辆的交通安全和舒适行驶,提高高速公路的社会效益、降低已建高速公路的养护维修费用、改善待建高速公路的质量都具有十分重要的意义。
2 项目研究内容
2.1 主要内容
(1)路桥过渡段路基下地基沉降与沉降模拟试验系统研制
(2)车辆振动与冲击荷载作用性状与动载模拟系统研制
(3)路桥过渡段路基处治技术的适应性与作用机理研究
(4)路桥过渡段路基填土动力特性与相关参数研究
(5)路桥过渡段路基处治技术的仿真与优化
(6)路桥过渡段路基设计与计算方法研究
(7)路桥过渡段路基施工工艺与质量控制体系研究
(8)路桥过渡段路基病害治理的适应性研究
2.2 关键技术
(1)研制地基沉降模拟试验台
(2)研制车辆动载模拟加载系统
(3)数值仿真分析的有效性
2.3 采取的技术路线
3 主要结论
针对目前高等级公路路桥过渡段桥头跳车病害严重的现状,课题组在广泛调研的基础上,通过研制地基沉降模拟系统和动力加载模拟系统,开展了大规模的足尺模型试验、小比尺模型试验、室内三轴试验、数值仿真分析和现场测试,对路桥过渡段路基修筑技术进行了深入研究,得出了以下的研究结论。
(1)通过对不同地基条件的现场沉降实测,结合有限元分析,给出了路基下地基的沉降特征和分布曲线。在总结室内压缩试验和现场测试成果的基础上,研究了路基的沉降特征,推导了简捷准确的路堤变形计算方法。
①通过应用平面应变固结变形有限元分析程序SSE2,并结合实际工程项目对地基的固结沉降进行了分析,得出了固结沉降变化曲线,并就沉降曲线的特征作了分析,其沉降最大值与曲线斜率、角度变化的关系可以应用于该类地基形式。
图1 试验平台概貌
②通过对高填方路堤沉降规律的研究,结合实体工程测试结果得出施工期沉降与填土高度关系预测模型;分析路堤沉降特征,认为填土高度、施工速率、时间是影响沉降的主要因素。
③在总结大量的室内压缩试验和现场测试成果基础上,采用割线模量法计算路堤填土的总沉降,并建立力、变形和时间的路堤沉降计算模型,从而较好地解决了路堤填土的工后沉降计算问题。
(2)首创了独特先进的试验研究平台,该平台具有以下特点:
①开发了大行程电动-手动两用千斤顶,满足了试验台的沉降要求,实现了试验台既可以自动控制,也可以手动控制。在千斤顶的升降套筒上增加刻度,便于观察,也是记录试验数据的一种方法。
②利用接近开关测量位移,造价低廉,不受行程限制,不会产生零点漂移,不用信号放大设备,不用模数转换,直接将数据输入计算机。
③利用计算机对138台电动机进行实时检测,发现问题立刻自动停机报警,及时,可靠。在电路里省略了大量的热继电器,简化了电路,节约了费用;而且可以容易地查出故障点。
④开发了沉降试验平台的台板支座。利用单轴球面滚子支撑试验面板,使滚子对面板的支撑点受力稳定,极大的减少了面板相对滚子运动时产生的附加力,同时也可以保证在试验要求范围内面板稳定。将支座的加强肋与滚子轴座制成一体,结构简单、强度大、重量轻。
⑤采用三角形平板模拟地基下沉曲面,运动自如,便于控制。
⑥将普通交流异步电动机与谐波减速机、接近开关相结合,制成超低速大扭矩步进电动机。
⑦通过计算机控制,使超低速大扭矩步进电动机以不同的步数分次运动的方式进行沉降,实现了试验台以极低的平均速度运行,而且之间的相互关系协调。
⑧利用一台工业控制计算机(PC)同时控制两台可编程控制器(PLC),使系统既用工业控制计算机的操作方便性,又有可编程控制器的可靠性。
⑨通过
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