公路舊路加寬施工技術的幾點研究

摘要:隨著我國社會經濟的迅速發展，現在的大部分公路功能已不能滿足社會日漸增長的交通需要，為此對原有的高速公路進行升級改造勢在必行。而公路路基加寬無論是設計還是施工，都是改造工程的關鍵。在鋪筑試驗路并進行現場觀測的同時，探索舊路加寬的理論分析方法，可為今后的舊路加寬改造工程提供十分有益的借鑒。

關鍵詞:舊路 加寬 分析

公路在經多年的通車后，路基沉降基本完成，路基加寬段由于新舊路基的不均勻沉降，必然產生以縱向裂縫為代表的裂縫，從而對公路產生破壞。為此，必須加強公路路基加寬時設計優化及施工質量，使沉降量減為最少，以保證公路的質量。

一、舊路加寬常見病害及其產生原因

在道路拓寬_丁程中，因新老路基之問不均勻沉降而導致道路通車后路面出現縱、橫向裂縫等病害是較為普遍的現象。特別是軟弱地基地段，新拓寬路基工后沉降較大，而老路基的固結沉降已基本完成，新老路基結合部位沉降量不一致，在新老路基之間產生相對過大的差異沉降，成為道路產生裂縫的主要原因。另外，在舊路邊坡上進行拓寬填筑，新填的土方和運營后的汽車荷載也會引起老路基的附加沉降，進而引起老路基變形，甚至可能出現路基拉裂、下沉過速等病害。

新老路基產生不均勻沉降的主要原因有:

(1)軟弱地基的工后沉降，導致新老路基之間的沉降差異。新拓寬路基工后沉降較大，而老路基的工后沉降已接近完成，這樣就產生一個沉降差值;

(2)新加寬路基土的壓縮變形和塑性累積變形比老路基大;

(3)新老路基結合部位處理不當;

(4)水的作用。

二、 路基綜合處治設計的目的與要求

進行路基綜合處治設計之前，必須作原有舊路的調查和詳細和地質勘探工作，收集有關舊路基設計、施工和現狀的資料。然后，在分析舊路基固結沉降的情況，以及拓寬新基對舊路基影響的基礎上，找出引起新舊路基差異沉降的因素，確定相應的路基綜合處治措施。

根據現有舊路狀況和沿線地質條件，路基綜合處治設計應達到以下目的:

(1)通過地基處治，減少新拓寬路基的工后沉降量，控制新老路基的沉降差;

(2)通過新老路基結合部位的處理，加強新老路基的結合強度，減輕新老路基因材質、施工質量及路面結構層的差異等所引起的病害;

(3)完善排水防滲系統，阻止雨水滲入新舊路基結合面。

三、舊路加寬的地基沉降與路基穩定性分析

在舊路加寬改造中，地基沉降和路基穩定性分析無疑是非常重要的。沉降的處理就是在路基施工過程中加速因新修路基而引起的地基沉降，或者采取有效措施控制路基由于剪切變形而產生的側向位移，從而減小路基的工后沉降。對于穩定性的處理則必須增大新修路堤及地基的強度，提高其抗剪切變形的能力。

由均質粘性土填筑的路堤的穩定性根據Fellenius滑動圓弧法進行分析，路堤坍塌破壞時，其滑動面為一曲面，假定其為圓弧形，圓弧滑動面的位置用4.5H法確定。土工合成材料的加筋作用按在常規的圓弧穩定分析方法中增加一個拉力的辦法進行考慮，把加筋力作為水平力施加于滑動土體，來計算其穩定性和確定加筋層數。

在舊路加寬改造工程中，由于新舊路基的固結程度不同，將會導致路基的橫向不均勻沉降，從而造成路面的開裂破壞。因此，必須準確掌握加寬路基的最終沉降量及固結度，并驗算其剩余沉降量是否滿足工后沉降量的要求。在沉降分析中，可假定舊路路基下的地基已趨于完全固結，采用分層總和法計算新加寬部分路基的地基總沉降量。

四、舊路加寬的路基土壓縮變形分析

路基土在其自重和路面結構等靜荷載作用下的變形主要表現為土體的壓縮變形，可通過室內試驗測定土的相應變形指標，選取適宜的力學模型采用有限元法分析路基土的應力狀態，從而得到路基與地基的總變形量、不均勻變形量、不均勻變形范圍以及變形與時間的變化關系等控制指標。

在路基土壓縮變形的有限元法分析中，將新填筑的路基土視為彈塑性材料，采用鄧肯非線性模型。而將舊路路基視為彈性材料，將土工織物視為線彈性材料，按平面應變問題求解。其中，路基和地基采用平面四邊形等參單元、土工織物采用接觸面單元、路面結構層采用彈性梁單元進行模擬，假定土工織物與土體的界面間無相對位移。

五、路基土在行車荷載作用下塑性累積變形的探索分析

路基土作為一種非線性彈-塑性變形體，在行車荷載作用下除產生彈性變形外，還會產生部分不可恢復的塑性變形。塑性變形會隨著行車荷載作用而逐漸累積，在行車道中央輪跡帶范圍內的路基土所承受的荷載較大，荷載作用次數也較多，因此產生的塑性累積變形也較其它位置要大，從而導致路基的不均勻變形。

路基土塑性累積變形可采用如下的計算方法:①沿深度方向將路基土劃分為若干個子層，運用三變量塑性應變方程分別計算各個子層的塑性應變;②根據路基土某一子層塑性應變的大小和厚度得出該層的塑性變形;③采用分層總和法將不同深度處各子層的塑性變形累加得到路基土頂面某一點處的塑性累積變形;④綜合考慮水平方向不同位置荷載在同一計算點所引起的塑性變形的疊加，得出路基土頂面某一點的最終塑性累積變形。

因此，可采用如下的計算公式進行路基土的塑性累積變形的分析。

δp=∑δjp"=∑∑εijphI=∑∑a(σijd/σis)m(Nl˙fj)bhi(i=1，2，n; j=1，2，…p)

式中:δp——計算點處路基頂面總的塑性累積變形;

fj——第j個軸載作用位置，fj代表軸載在該位置出現的概率，共有p個作用位置;

δjp——第j個作用位置處的軸載在計算點處產生的塑性累積變形;

i——第i個計算子層，hI代表該子層的厚度，σis代表該子層土的靜態抗壓強度，共分n個子層;

εijp——處于j位置的軸載在第i個計算子層內產生的平均塑性應變;

σijd——處于j位置的軸載在第i個計算子層內產生的平均偏應力;

Ni——代表第l個車道累計標準軸載作用次數;

a，m，b——回歸系數，稱為永久變形參數。

計算深度取決于容許誤差的大小，可通過控制應力比(σd/σs)的衰減程度來確定。如可采用應力比(σd/σs)的衰減至10%時的深度作為計算深度。如果取固定的計算深度和等層厚可使計算得到簡化經過這樣處理得出的計算結果仍能夠滿足要求。

六、舊路加寬試驗路的觀測測試

在舊路加寬改造工程中需進行必要的現場觀測測試，以便掌握地基和路基的沉降與變形，以及路基土體內應力狀況。在試驗路單側加寬段的每個橫斷面均埋設了6對沉降板和土壓力盒，雙側加寬段各埋設了5對沉降板和土壓力盒。

沉降板的埋設位置是根據觀測總沉降量、分層沉降量和橫向不均勻沉降的要求來確定的。埋設在天然原地面的沉降板主要用來測量地基的沉降量;埋設在加寬路基不同高度上的沉降板，主要用來測量新路基自身的分層沉降量;埋設在新路基橫斷面表層不同位置的沉降板，主要用來測量新路基表層的橫向不均勻沉降。

土壓力盒均埋設在沉降板的一側，可用來了解在路堤填筑過程中及路堤填筑完成后的土壓力變化狀況、沉降與土壓力間的相互關系等。

參考文獻

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