（岩土工程专业论文）软土地基上高速公路加宽工程沉降变形数值模拟及地基处理优化研究.pdf

摘要 摘要 对已有的四车道高速公路进行加宽扩建已经成为我国公路建设的一个重要形式， 由于不同于普通高速公路工程的建设形式，新路堤的沉降变形性状与普通新建路堤有 明显差异，且软土地基上新老路堤间显著的不均匀沉降也是以往普通工程所未曾遇到 过的，因此需要分析研究新老路堤的沉降变形特性，寻求合理有效的新路堤软土地基 处理方法，控制不均匀沉降，以保证工程质量，确保行车安全。 本文在前人工作的基础上，结合工程实例，通过大量数值模拟分析，对新老路堤 的沉降变形性状、沉降计算方法以及新路堤软土地基处理方法的合理选择进行了较系 统的研究。全文的主要研究内容如下： ( 1 ) 基于对加宽工程路堤断面结构形式的认识，指出了加宽工程新路堤沉降变形 区别于普通工程的影响因素。并选用合理的本构模型，通过有限元数值模拟对比研究 的方法，对影响因素的影响机理等进行了详细分析。结果表明，原有路堤荷载长期作 用引起的地基软土性质改善是新路堤沉降变形不同于普通道路工程的主要因素，而新 老路堤的相互作用对新路堤沉降变形的影响则要小得多。同时就在新路堤沉降变形计 算中如何考虑这些因素的影响进行了分析探讨。 ( 2 ) 通过对数值计算结果以及工程实例的分析，表明加宽工程新路堤软土地基的 侧向变形大小和性状与普通工程相比均相差较大，特别是新路堤软土地基内侧坡脚位 置的侧向变形明显受到老路堤的限制，并且就新路堤软土地基侧向变形的影响因素进 行了分析总结。同时借鉴前人的研究思路，将地基分为均质地基和非均质地基两种情 况，通过对非线性数值计算结果的分析拟合，分别给出了反映侧向变形大小的加宽工 程新路堤沉降修正系数简化计算公式，公式可以考虑路堤高度和地基土体性质等多个 因素的影响，并通过实例验证分析，表明该公式具有较好的合理性和计算精度。 ( 3 ) 基于南京绕城高速公路加宽工程断面资料，通过合理简化建立有限元数值分 析模型，在验证了模型正确性的基础上，对新路堤软土地基不同方法处理下以及不同 工况下的新老路堤沉降变形性状进行了详细分析，总结了不同方法处理新路堤软土地 基时的优缺点，并据此完善了新路堤软土地基处理方法的优化选择流程。同时定义地 基表面沉降曲线特征因子皿，用以评价新路堤荷载引起的地基不均匀沉降对老路表 面横坡比的影响，并在分析了见影响因素的基础上给出了r ；的简化计算公式，以便 以此为依据就新路堤软土地基的处理在排水固结法和复合地基法之间作出合理选择。 ( 4 ) 总结了加宽时老路堤软土地基未固结稳定的可能情况，分析了老路堤软土地 基固结稳定性对天然地基情况下，以及新路堤软土地基不同方法处理下新老路堤沉降 变形性状的影响，并对不同处理方法的设计思路进行了分析探讨。 i l i 摘要 关键词：软土地基；高速公路加宽；沉降变形特性；计算方法；处理方法；优化选择； 固结稳定性；数值分析 a b 雏r a c l a b s t r a c t w i d e n i n go ft h ec o n s t r u c t e df o u r - l a n ee x p r e s s w a yh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tf o r mo f o u rc o u n t r y sh i g h w a yc o n s t r u c t i o n b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n tc o n s t r u c t i o nf o r mf r o mt h e o r d i n a r ye x p r e s s w a ye n g i n e e r i n g ，t h ed e f o r m a t i o nf e a t u r eo ft h en e we m b a n k m e n ti s e v i d e n td i f f e r e n tf r o mt h eo r d i n a r ye m b a n k m e n t i th a s h tb e e nm e ti nt h ef o r m e ro r d i n a r y e n g i n e e r i n gt h a tt h ed i s t i n e td i f f e r e n t i a ls e u l e m e n tb e t w e e nt h en e wa n do l de m b a n k m e n t s o nt h es o f tg r o u n d t oe n s u r ee n g i n e e r i n gq u a l i t ya n dt r a l 币cs a f e t y , t h ed e f o r m a t i o nf e a t u r e o ft h en e wa n do l de m b a n k m e n t ss h o u l db ea n a l y z e d ，t h er e a s o n a b l ea n de f f e e t i v e i m p r o v e m e n tm e t h o do ft h es o rg r o u n du n d e rt h en e we m b a n k m e n ts h o u l db es e e k e dt o 。 c o n t r o lt h ed i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t b a s e do nt h ef o r m e rw o r ki nt h i sp a p e r , t h r o u g ht h eh u m e r i e a lm o d e l i n gc a l c u l a t i o n a n de n g i n e e r i n gc a s e sa n a l y s i s ，t h ed e f o r m a t i o nf e a t u r e so ft h en e wa n do l de m b a n k m e n t s a r ea n a l y z e da n ds t u d i e d ，i n c l u d i n gt h es e t t l e m e n tc a l c u l a t i o nm e t h o da n dt h er e a s o n a b l e c h o i c eo ft h ei m p r o v e m e n tm e t h o d so ft h es o f tg r o u n du n d e rt h en e we m b a n k m e n t t h e m a i nc o n t e n t so f t h ed i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) b a s e do nt 1 1 eu n d e r s t a n d i n go ft h ee m b a n k m e n ts e c t i o ns t r u c t u r ef o r mo ft h e w i d e n i n ge n g i n e e r i n g , t h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r st h a tt h ed e f o r m a t i o no ft h en e w e m b a n k m e n to ft h ew i d e n i n ge n g i n e e r i n gi sd i f f e r e n tf r o mt h eo r d i n a r ye n g i n e e r i n ga r e p r e s e n t e d 伽u g hc h o o s i n gt h er e a s o n a b l ec o n s t i t u t i v em o d e 】a n dt h ec o n t r a s tr e s e a r c ho f t h en u m e r i c a lm o d e l i n g t h ei n f l u e n c em e c h a n i s mo ft h ef a c t o r sa r ea n a l y z e dd e t a i l e d l y t h er e s u l t ss h o w , t h ei m p r o v e m e n to ft h ec h a r a c t e ro ft h es o f ts o i li nt h es u b s o i l w h i c hi s i n d u c e db yt h el o n g t e r ma c t i o no ft h eo l de m b a n k m e n tl o a d i st h ep r i m a r yi n f l u e n c e f a c t o r , a n dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h en e wa n do l de m b a n k m e n t sj s t h es e c o n d a r y i n f l u e n c ef a c t o r t h ee f f e c to ft h e s ef a c t o r si nt h es e t t l e m e n tc a l c u l a t i o no ft h en e w e m b a n k m e n ti sd i s c u s s e d ( 2 ) b a s e do nt h en u m e r i c a lc a l c u l a t i o nr e s u l ta n dt h ee n g i n e e r i n gc a s e ，t h em a g n i t u d e a n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h el a t e r a id e f o r m a t i o no ft h es u b s o i lu n d e rt h en e we m b a n k m e n to f t h ew i d e n i n ge n g i n e e r i n ga r ed i f f e r e n tf r o mt h eo r d i n a r y e n g i n e e r i n g t h e l a t e r a l d e f o r m a t i o na tt h ei n n e l s l o p e t o eo f t h es u b s o i lu n d e rt h en e we m b a n k m e n ti sc o n f i n e db y t h eo l de m b a n k m e n t t h ei n f l u e n c ef a c t o r so ft h el a t e r a ld e f o r m a t i o no ft h es u b s o i ju n d e r t h en e we m b a n k m e n ta r ea n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h ef o r m e rr e s e a r c hi d e a s ，t h ef o u n d a t i o n i sd i v i d e di n t ot h eh o m o g e n e o u sa n dt h ei n h o m o g e n e o u s t h en o n l i n e a rn u m e r i c a l c a l c u l a t i o nr e s u l t sa r ef i t t e d ，a n dt h es i m p l i f i e dc a l c u l a t i o nf o r m u l a so ft h es e t t l e m e n t c o r r e c t i o nf a c t o ro ft h en e we m b a n k m e n tr e f l e c t i n go nt 1 1 em a g n i t u d eo ft h ei a t e r a l d e f o r m a t i o na r ee s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l y , w h i c hc a nc o n s i d e rt h ee f f e c to faf e wf a c t o r s ， s u c ha st h ee m b a n k m e n tb e i g h t t h es u b s o i lc h a r a c t e r , a n ds oo n t h ea n a l y s i sf o rt h e v a b s t r a c t e n g i n e e r i n gc a s es h o w st h a tt h ef o r m u l a sa r er e a s o n a b l ea n dp r e c i s er e l a t i v e l y ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h es e c t i o nm a t e r i a l so f t h ew i d e n i n ge n g i n e e r i n go f t h en a n j i n gb e l t e x p r e s s w a y , t h es i m p l i f i e dn u m e f i c a lm o d e li se s t a b l i s h e d o nt h eb a s i so fc o n f i r m i n gt h e m o d e lc o r r e c n l e s s u n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo ft h ed i 腩r e n tm e t h o d si m p r o v i n gt h es u b s o i l u n d e rt h en e we m b a n k m e n ta n dt h ed i f i e r e n tc a s e s ，t h ed e f o r m a t i o nf e a t u r e so ft h en e w a n do l de m b a n k m e n t sa r ea n a l y z e d 1 1 l ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo ft h ed i f i e r e n t m e t h o d si m p r o v i n gt h es u b s o i lu n d e rt h en e we m b a n k m e n ta l es u m m a r i z e d ，a n dt h e o p t i m a lc h o i c ef l o wa b o u tt h ei m p r o v e m e n tm e t h o d si sp e r f e c t e d t h ef e a t u r ef a c t o ro ft h e s e t t l e m e n tc n r v eo ft h es u b s o i ls u r f a c e ，r s i sd e f i n e d ，w h i c hi su s e d1 0e v a l u a l et h ee f r c c t o ft h ed i f i e r e n t i a ls e t t l e m e n tc a u s e db yt h en e we m b a n k m e n tl o a do nt h ee r o s ss l o p er a t e a n dt h es i m p l i f i e df o r m u l ao f 月si sp r e s e n t e do nt h eb a i s i so fa n a l y z i n gt h ei n f l u e n c e f a c t o r so f t h er i ，i no r d e rt om a k er i g h tc h o i c eb e t w e e nt h ed r a i nc o n s o l i d a t i o nm e t h o da n d t h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o nm e t h o da b o u tt h ei m p r o v e m e n to ft h es u b s o i lu n d e rt h en e w e m b a n k m e n t ( 4 ) 1 1 忙p o s s i b l ec i r c u m s t a n c e st h a tt h es u b s o i lu n d e rt h eo l de m b a n k m e n th a s n tb e e n s t a b l eb yc o n s o l i d a t i o nu n t i lw i d e n i n ga l es u m m a r i z e d u n d e rt h ec i r c u m s t a n c e so ft h e l l a t u l “g r o u n d a n dt h ed i f i e r e n tm c t h o d si m p r o v i n gt h es u b s o i lu n d e rt h en e w e m b a n k m e n t t h ee 仃b c to ft h e c o n s o l i d a t i o ns t a b i l i t yo ft h es u b s o i lu n d e rt h e o l d e m b a n k m e n to nt h ed e f o r m a t i o nf e a t u r e so f t h en e wa n do l de m b a n k m e n t si sa n a l y z e d ，a n d t h ed e s i g ni d e a so f t h ed i f i e r e n ti m p r o v e m e n tm e t h o d sa r ed i s c u s s e d k e y w o r d s ：s o f tg r o u n d ；e x p r e s s w a yw i d e n i n g ；s e t t l e m e n td e f o r m a t i o nf e a t u r e ；c a l c u l a t i o n m e t h o d ；i m p r o v e m e n tm e t h o d ；o p t i m a lc h o i c e ；c o n s o l i d a t i o ns t a b i l i t y ； n u m e f i c a la n a l y s i s 前言 前言 受我国高速公路建设初期认识思想以及经济条件的制约，早期建设的高速公路绝 大多数为双向四车道设计。近年来随着我国国民经济的快速发展，已有相当一部分四 车道高速公路难以满足日益增长的交通量需求，因此需要对这部分道路进行加宽扩 建。从1 9 9 7 年我国首例高速公路加宽工程广佛高速公路加宽工程动工建设以来， 目前己有多条高速公路进行了或正在进行加宽扩建，可以说，对不满足要求的四车道 高速公路进行加宽扩建已经成为我国公路建设的一个重要形式。 软土地基在我国东部沿海、河流中下游及湖泊地区广为分布，因此很多己建高速 公路都处于软土地基上，对这些高速公路进行加宽扩建，由于新路和老路建设时间不 同，以及软土所具有的高压缩性、高含水率、低渗透性等不良工程特性，新路堤堆载 后会在新老路问出现较大的不均匀沉降，使得路面横坡比增大，容易导致新老路面结 合部位出现纵向裂缝，影响道路的正常运营甚至行车安全。这一问题的出现引起了工 程设计研究人员的重视，不少学者对加宽工程新老路堤的沉降变形性状、沉降计算方 法、新路堤软土地基的处理方法，包括新老路堤间的衔接措施进行了分析研究，以期 解决上述问题，但由于问题的复杂性，相关研究还不够深入。 本文在前人工作的基础上，结合工程实例，通过大量数值模拟分析，对新老路堤 的沉降变形性状、沉降计算方法以及新路堤软土地基处理方法的合理选择进行了较系 统的研究。 本文的主要创新成果有： ( 1 ) 通过合理的有限元建模和对比分析研究，表明加宽工程新路堤沉降变形大小 与老路堤荷载长期作用引起的地基软土性质改善密切相关。将老路堤荷载在地基中产 生的附加应力作为地基自重应力的组成部分，提出了考虑老路堤荷载影响的新路堤主 固结沉降计算改进方法。 ( 2 ) 通过非线性数值模拟分析，给出了反映软土地基侧向变形的加宽工程沉降修 正系数简化计算公式。该公式考虑了路堤高度和地基土体性质等因素的影响，通过工 程实例验证了该公式的合理性。 ( 3 ) 定义了地基表面沉降曲线特征因子，以评价新路堤荷载引起的地基不均匀沉 降对老路表面横坡比的影响。在分析了特征因子影响因素的基础上给出了因子的简化 计算公式，据此提出新路堤软土地基处理方法的优化选择思路。 表索弓 表索引 表l - l2 0 0 1 年底我国高速公路统计表l 表1 2 我国主要高速公路加宽扩建工程概况。4 表1 - 3 国内部分高速公路加宽扩建工程沉降控制标准6 表1 - 4 我国部分高速公路加宽扩建工程土工格棚材料的应用情况1 0 表i - 5 我国主要高速公路加宽扩建工程软基处理方法1 2 表2 1 标准材料参数一2 4 表2 - 2 地基软土不同模型计算参数3 8 表2 3k 1 9 + 8 6 0 断面软土层相同深度物理力学性质指标的变化3 9 表2 4 土层基本物理力学性质参数4 4 表2 - 5 由经验公式推算所得土层力学参数。4 5 表2 - 6 新路堤地基主固结沉降计算结果4 5 表3 1 土的孔隙比与泊松比对应关系5 6 表3 2 土体计算模型参数5 7 表3 - 3 一般粘性土地基沉降修正系数计算值5 8 表3 4 软土地基沉降修正系数计算值6 0 表3 - 5 文献 1 0 8 中软土地基沉降修正系数计算值6 0 表3 - 6 非均质地基沉降修正系数计算值“ 表4 1 土层基本物理力学性质指标7 2 表4 2 模型计算参数。7 4 表4 3 塑料排水板相关简化计算参数一7 6 表4 - 4 计算工况一7 7 表5 1 土层基本物理力学性质指标。1 0 7 x 图索弓 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 图】石 图2 1 图2 2 图2 3 图2 - 4 图2 5 图2 - 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 l 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 1 5 图2 1 6 图2 1 7 图2 1 8 图2 1 9 图2 - 2 0 图2 2 1 图2 - 2 2 图2 2 3 图2 2 4 图2 2 5 图2 2 6 图2 - 2 7 图2 2 8 幽2 2 9 图索引 加宽工程不均匀沉降引起的路面开裂3 直接式加宽方式4 分离式加宽方式4 老路堤边坡削坡过陡引起的滑塌一9 填筑方法1 】 研究技术路线框图1 6 竖向附加应力分布简图1 8 新老路堤影响范围简图1 9 1 5 节点三角形单元2 0 体积应变与平均应力之间的对数关系2 2 软土模型在p _ q 平面上的屈服函数2 2 计算模型简图2 3 地基表面沉降曲线2 5 竖向附加应力等值线图2 6 不同路堤高度时地基表面沉降曲线2 7 特征点沉降量随路堤高度的变化2 7 特征点沉降量随新路堤宽度的变化2 8 特征点沉降量随路堤坡比的变化2 9 特征点沉降量随粘聚力的变化h 2 9 特征点沉降量随内摩擦角的变化2 9 特征点沉降量随弹性模量的变化3 0 特征点沉降量随软土地基深度的变化3 0 特征点沉降量随地基软弱程度的变化3 1 竖向附加应力等值线图3 2 竖向附加应力、竖向应变随地基深度的变化一3 3 不同路堤高度时地基表面沉降曲线。3 5 特征点沉降量随路堤高度的变化3 5 特征点沉降量随新路堤宽度的变化3 6 特征点沉降量随软土地基深度的变化一3 7 特征点沉降量随地基软弱程度的变化3 7 地基表面沉降曲线3 8 k 1 9 + 8 6 0 断面压缩模量的变化4 0 老路堤荷载作_ 【 j 简图4 2 竖向附加应力等值线图4 2 固结压缩e - p 曲线。4 3 x 图索目 x 同结压缩p l 印曲线4 3 侧向变形引起沉降简图。4 9 路堤坡脚位置不同深度的侧向位移5 l 排水板处理路段监测仪器布置示意图5 1 填土高度时程曲线。5 2 k 4 8 + 4 3 1 断面水平沉降管沉降曲线5 2 k 4 8 + 4 3 1 断面侧向位移曲线”5 2 新老路堤附加剪应力等值线图。5 4 普通新建路堤计算模型网格剖分简图5 5 加宽工程h = 4 m 时计算模型网格剖分简图5 3 一般粘性土地基沉降修正系数变化曲线。5 9 软土地基沉降修正系数变化曲线6 l 软土地基沉降修正系数拟合曲线6 2 非均质地基沉降修正系数拟合曲线“ 非均质地基沉降修正系数变化曲线6 5 不同新路堤宽度时沉降修正系数变化曲线6 6 新路堤填土一沉降时间关系曲线6 6 三维群桩地基简化示意图7 0 湿喷桩复合地基设计断面图7 3 有限元计算模型7 5 新路堤填土一沉降一时间关系曲线7 5 复合地基处理法计算简图7 7 路堤沉降示意图7 8 地基表面总沉降及水平位移7 9 老路堤表面总沉降及水平位移8 0 新老路堤表面工后沉降及水平位移，s o 固结沉降曲线8 1 地基表面总沉降及水平位移8 2 老路堤表面总沉降及水平位移8 2 新老路堤表面工后沉降及水平位移，8 3 地基表面总沉降及水平位移8 4 老路堤表面总沉降及水平位移8 4 新老路堤表面工后沉降及水平位移一8 5 新路堤软土地基处理方法优化选择流程图8 7 加宽工程地基表面沉降示意图8 8 h & 关系曲线9 0 l 凡关系曲线9 0 d 心关系曲线9 0 ”心关系曲线9 0 老路堤表面总沉降。9 l 新老路堤表面i ：厉沉降9 l 老路堤边坡内设置桩体的计算简酗9 2 矧”硒”粥”i川m!曼!呈睨”硒钾似谚mm燃 蚴m脚阱阱阶郾阶脚刚一m脚m娜聊脚脚一 图索号 图4 - 2 6 图 2 7 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 - 6 图5 _ 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 l 图5 1 2 图5 1 3 图5 1 4 图5 一1 5 图5 1 6 图5 1 7 图5 1 8 图5 1 9 图5 - 2 0 老路堤表面总沉降9 3 新老路堤表面工后沉降。9 3 老路地基不同固结度时剩余超孔压等直线图9 7 地基表面总沉降及水平位移9 8 地基固结沉降曲线9 9 地基固结沉降曲线1 0 0 地基表面总沉降1 0 1 新老路堤表面工后沉降1 0 1 地基表面总沉降1 0 2 地基固结沉降曲线1 0 2 新老路地基差异沉降变化曲线1 0 3 超孔压等直线图1 0 3 地基表面总沉降1 0 4 新老路地基差异沉降变化曲线1 0 4 地基表面总沉降1 0 5 新老路地基差异沉降变化曲线1 0 5 分离式加宽示意图1 0 6 老路堤填土一沉降一时间关系曲线1 0 7 k 7 + 8 4 4 断面复合地基设计简图一1 0 8 接触面单元1 0 8 沉降曲线1 0 9 沉降一时间关系曲线1 0 9 主要符号 e e 五 l p 毛，屯，屯 k ，行，g ，f ，d ，髟 局 ， m 帆 p 岛 见 q n r | 。 x i v 主要符号 压缩系数 塑料排水板宽度 粘聚力 压缩指数 渗透指数 回弹指数 固结系数 涂抹区直径 砂井换算直径 砂井排水有效直径 孔隙比 初始孔隙比 弹性模量 压缩模量 液性指数 塑性指数 天然土层地水平向和竖向渗透系数，以及涂抹区的水平向渗透系数 邓肯一张模型参数 静止侧压力系数 排水长度 沉降修正系数 体积压缩系数 平均有效应力 大气压强 前期固结压力 偏应力 塑料排水扳的通水能力 接触面单元强度换第系数 软七层相对埋深 q 6 f e g c c t 屯2 p 主要符号 r h 相对堤高 冠 地基表面沉降曲线特征因子 见，软土层相对厚度 s 地基总沉降 主固结沉降 蜀瞬时沉降 墨次固结沉降 墨固结时间t 后地基固结沉降量 u固结度 w 含水率 w ，液限 口砂井换算系数 艿 塑料排水板厚度 修正压缩指数 f 修正膨胀指数 儿干容重 t 。湿容重 ，浮容重 u 泊松比 伊内摩擦角 e 体积应变 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 如不实，本人负全部责任 论文作者( 签名) ： 2 0 0 8 年3 月2 1 日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所( 含万方数据库) 、国家图书 馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文 的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论 文外，允许论文被查阅和借阅论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：2 0 0 8 年3 月2 1 日 第l 章绪论 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 1 9 3 2 年德国建成世界上第一条高速公路波恩至科隆高速公路。此后的几十 年里，美国、意大利、英国和法国等西方国家也先后开始修建高速公路，至今高速公 路建设在上述国家中已得到了相当大的发展。如美国从上世纪5 0 年代中期开始，至 今已经修建了8 8 万公里的高速公路，约占世界高速公路总里程的一半，连接了所有 5 万人以上的城市。我国由于政治经济等原因，高速公路建设较晚。1 9 8 8 年，我国第 一条高速公路沪嘉高速公路建成通车，全长1 8 5 公里。此后近2 0 年问，我国高 速公路建设突飞猛进：1 9 9 9 年高速公路总里程突破l 万公里，位居世界第四位；2 0 0 1 年总里程达到1 9 万公里，跃居世界第二位，截止2 0 0 5 年底，全国高速公路总里程 已达4 1 万公里，预计到2 0 1 0 年，将达6 5 万公里。随着高速公路建设的不断进行， 高速公路对促进社会经济发展发挥着越来越重要的作用，不仅显著提高了运输能力， 降低了运输成本，而且改善了投资环境、优化了产业布局、增强了国家竞争力等等。 西方发达国家高速公路的建设多坚持长远的观点，如美国的高速公路中间带通常 设计得较宽，1 9 5 6 年相关标准规定城区高速公路中间带宽4 9 米，乡村区的高速公路 中间带宽1 1 米：1 9 6 7 年出版的a a s h t o 规范推荐最小中间带宽1 8 2 4 米，靠城区 的中间带宽7 9 米。较宽的中间带不仅有利于地下管线的埋设、交通安全设施的布 置以及行车的安全，更方便于将来高速公路新路面的铺设扩容i j ，2 1 。近年来，美国新 建的高速公路以八至十二车道为主，其中十二车道的路段所占比例近3 0 1 3 1 。我国早 期建设的高速公路，受当时建设思想和经济条件的制约，绝大多数为双向四车道，如 表1 1 所示( 其中一部分双向六车道和八车道高速公路由原有四车道扩建而成) 。 表1 12 0 0 1 年底我国高速公路统计表1 车道数 四车道 六车道 八车道总计 里程( k m ) 1 7 1 1 82 2 7 06 51 9 4 5 3 比例( ) 8 8 01 1 7o 3】o o 随着我国国民经济的快速发展，建设时认识上的局限性逐渐显现出来，主要体现 在实际交通量的增长速度明显超过设计规划人员的预计值，使得部分己建四车道高速 公路的交通量适应年限明显缩短。如浙江省1 9 9 8 年底建成的沪杭高速公路( 双向四 车道) ：1 9 9 9 年全年路段交通量为1 1 4 2 5 0 力辆天( 绝对车辆数) ，至2 0 0 2 年路段 河海大学博士学位论文：软土地基上高速公路加宽工程沉降变彤数值模拟及地基处理优化研究 陈磊 日平均交通量已达2 1 8 4 0 5 万辆天( 绝对车辆数) ，如折算成小汽车的交通量，则 为3 9 6 7 3 7 万辆天，即建成4 年就达到四车道高速公路适应交通量( 按上限5 5 0 万辆天计) 的7 2 1 3 4 1 4 1 。其它如1 9 8 9 年通车的广佛高速公路p j 、1 9 9 6 年通车的 沪宁高速公路等嘲，运营几年后也面临同样的问题。 为了满足国民经济与社会发展的需要，解决不断增长的交通量与现有通行能力之 间的矛盾，可以考虑在原有高速公路附近新建一条高速公路，从设计施工上讲，难度 相对较低，但其投资大、占用土地多，与我国日益严峻的土地资源形势相违背，且影 响已有高速公路路网和城市经济规划布局。因此综合分析、权衡利弊，主要采用在原 有道路堤础上进行加宽扩建的形式，即紧靠原有路堤边坡，新建2 4 个车道，将原 有道路增加为双向六车道或八车道。 1 9 9 7 年，我国首例高速公路加宽工程广佛高速公路加宽工程动工，该工程 全长1 4 8 k m ，原本为双向四车道，采用沿老路两侧加宽的方式建设，其中约7 k m 扩 建至双向六车道，其余扩建至双向八车道 7 1 。随后又有沪杭甬、沈大、沪宁等多条高 速公路相继进行了加宽扩建【7 - 9 。随着经济的发展、交通量的进一步增长，今后一段 时期内必将有更多的已建四车道高速公路进行加宽扩建，如京广、京沪、京沈等，甚 至有些地区远期将需要十条左右车道的高速公路的通行能力【】o 】，对已建高速公路的加 宽扩建已经成为我国公路建设的重要形式之一。 软土地基在我国东部沿海、河流中下游及湖泊地区广为分布，因此很多己建高速 公路都有或多或少路段处于软土地基上。如杭甬高速公路全长1 4 5 k m ，该高速公路地 处杭州湾南岸，路线经过萧山绍兴宁波海积、冲积平原，地基软弱，其中软土厚度 2 0 m 以上的路段占全路段的7 6 【l l 】，又如沪宁高速公路主线全长2 4 8 k m ，沿线软土 地基路段长约9 2 k m ，占全线总长度的