設計階段舊路拓寬項目預防路基不均勻沉陷的技術方案研究

于　波

(黑龍江省公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，黑龍江 哈爾濱　150000)

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設計階段舊路拓寬項目預防路基不均勻沉陷的技術方案研究

于波

(黑龍江省公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，黑龍江 哈爾濱150000)

摘要：針對市區(qū)舊路拓寬改造問題，分析了路基在拓寬過程中比較常見的不均勻沉降病害，希望在項目設計階段就摸清舊路在加寬中路基沉降的變形規(guī)律，并提出防止其沉降變形的技術方案，在穩(wěn)定控制沉降標準的狀態(tài)下就完成舊路拓寬工程。

關鍵詞：舊路拓寬；路基不均勻沉降；變形規(guī)律；計算方法

1舊路拓寬項目路基沉降變形規(guī)律研究

1.1路基沉降變形的特征闡述

路基沉降變形會發(fā)生于舊路拓寬工程中的根本原因就在于新舊地基在土力學的作用下產(chǎn)生了巨大的附加應力，這種附加應力直接導致了路基的沉降變形。就以均質(zhì)地基為例，在施工中，豎向附加應力較大的受力點，其沉降變形的幾率也就相應偏大。可以這樣理解路基沉降變形的分布規(guī)律，即沉降變形與路基中附加應力的分布規(guī)律相對應。正常講，由舊路拓寬所增加荷載而產(chǎn)生的沉降變形基本處于半對稱狀態(tài)，如果以路基的橫斷面為基準，其沉降變形應該是中間偏大兩邊偏小的正盆形分布，也就是加寬荷載的變形中心位置就是最大附加應力的水平對應點，這就形成了舊路拓寬時新舊地基表面的橫斷面沉降變形趨勢。

1.2舊路拓寬項目路基不均勻沉降的變化規(guī)律

在經(jīng)過了多次舊路拓寬項目的實踐證明，隨著路面及路基拓寬寬度的增加，新舊地基的變形形態(tài)不會出現(xiàn)過于明顯的變化，一般會沿半對稱基準呈現(xiàn)路基橫斷面，正如上一段所說的正盆形不均勻沉降結(jié)構(gòu)。路基也會隨著路面拓寬的寬度而增加沉降度，其原因就在于附加荷載隨著舊路基寬度的增加而逐漸變大。另一方面，新路基的最佳沉降點位置也會由于加寬荷載的形心而產(chǎn)生外側(cè)移動現(xiàn)象。

因為路的地基表面變形會完全反映到路基頂面部位，所以路面拓寬時，地基沉降最大點的位置就會隨著路基寬度的變化而受到直接影響，新路基也會隨著頂面的沉降發(fā)生形態(tài)變化。假設一條高度為5 m，坡度比例為1∶1.5的雙行線四車道，如果按照圖1中加寬一條車道，加寬路面的形心垂線就會和路基頂面地面發(fā)生相交，相交點即為所加寬路基的路肩外側(cè)和舊路路基的坡腳內(nèi)側(cè)位置。可以理解為路基的最大沉降也一定會發(fā)生于所拓寬舊路路堤的路肩外側(cè)部分。如果基于圖1再加寬1條車道，那么路表的最大沉降就會發(fā)生在舊路加寬路基硬路肩的右側(cè)部位，而地面的最大沉降應該發(fā)生在舊路基的左側(cè)位置。此時在拓寬兩條舊路車道后，路基頂面沉降也會發(fā)生一定變形，讓路基沉降逐漸向路肩方向增大。而如果是加寬到三車道，正盆形的路基不均勻沉降就會形成。其中路基頂面的最大沉降變形點形態(tài)會直接影響到路面整體結(jié)構(gòu)以及它的受力狀態(tài)，隨之發(fā)生的可能是對路面結(jié)構(gòu)的嚴重破壞。也正是基于新舊路基的大反差沉降結(jié)果，一般新的路基橫坡比變化會明顯大于舊路基的橫坡比變化，此時就要利用到一定措施縮小這種新舊路基由于路面拓寬而帶來的不均勻沉降差異。

2舊路拓寬工程項目中預防路基不均勻沉降變形的計算方法研究

2.1不均勻沉降的構(gòu)成及其計算方法

地基在受到路面頂部荷載重力壓迫下產(chǎn)生壓縮形變，長期以往就會引發(fā)地基沉降。當?shù)鼗劣捎诒粔嚎s而產(chǎn)生固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)時，也就代表了路基最終(最大)沉降量的出現(xiàn)。按照土力學的角度講，路基的最終沉降成因要分為三個部分：主固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降和瞬時沉降。主固結(jié)沉降來源與對飽和粘性土的受力荷載作用，粘性土由于受到壓力擠壓而滲透固結(jié)，粘性土孔隙間的水壓力也會逐漸消失，造成土體積的壓縮滲透固結(jié)；而次固結(jié)沉降則與超靜孔隙水壓力的受力壓迫消散有關。受壓后的土粒表面會與水膜發(fā)生蠕變，這種蠕變雖然時間緩慢但卻能夠造成最終的固結(jié)沉降效果；而瞬時沉降是當荷載施加后土體就會瞬間發(fā)生沉降效果。這種瞬時沉降多發(fā)生于一些飽和的土地地基中，當土中水還未能排除時，沉降所帶來的壓力就會讓土體側(cè)向變形。

我們假設主固結(jié)沉降為Sc，次固結(jié)沉降為Ss，而瞬間沉降為Sd，那么就有地基的最終沉降量應該為S=Sd+Sc+Ss。在設計階段，要利用分層總和法來判斷這三種沉降的變化，計算它們的比例，為可能出現(xiàn)的各種情況做好準備。

(1)對主固結(jié)沉降的計算分析

利用分層總結(jié)法對主固結(jié)沉降進行計算較為合理，其中要用到壓縮模量E以及e-lgp曲線等等。這里所要用的e-lap曲線是計算主固結(jié)沉降的主要方法，它的計算公式應該基于路面地基分為正常固結(jié)、欠固結(jié)、超固結(jié)三種情況，依據(jù)這三種情況進行各自計算：在正常固結(jié)或欠固結(jié)的狀態(tài)條件基礎上，主固結(jié)沉降Sc就應該計算為

式中：cci為地基土層的壓縮指數(shù)；p0i為地基中各個分層中點的自重應力；pci為前期固結(jié)壓力。其中p0i=pci；

在超固結(jié)條件下，Δp

(2)對瞬時沉降的計算分析

Sd瞬時沉降如果在大應力荷載作用下，會造成地基的內(nèi)側(cè)剪切變形從而產(chǎn)生沉降。如果荷載施加后一般都會很快發(fā)生沉降。所以這種由軟土地基側(cè)向剪切變形而形成的瞬時沉降是不可忽視的，它基本占到總沉降發(fā)生比例的40%，而且對道路交通造成的損失也最大。瞬時沉降的理論計算公式如下

式中：P表示路面路堤地面中心垂直荷載最大值，E表示通過抗壓試驗所得到的彈性模量加權平均值，而F和B則分別表示路基路堤的中線沉降系數(shù)和1/2地面寬度。從理論上講，彈性理論公式的計算值一般都偏小，這是因為土的彈性模量與泊松比很難精確測量所決定的，而且路基中泊松的壓縮層硬度、厚度對瞬時沉降的影響也很難準確判斷。所以我國在路基瞬時沉降的計算研究方面還處于尚未成熟的狀態(tài)，還需進一步深入研究。

2.2路基沉降計算的常用方法

路基沉降存在兩個方面，在舊路拓寬改造時由于填土料而造成的外荷載自重壓力會使路基產(chǎn)生壓縮變形，它的變形期是漫長的蠕變過程。而另一方面就是路基土在路堤荷載的作用下回產(chǎn)生壓縮和固結(jié)變形，本文最為推薦的路基沉降計算方法是分層總和法。

分層總和法應用較為廣泛是因為它所計算的沉降值精確且受影響因素小，在計算前我們首先要假定環(huán)境條件。

第一，要假設地基是均質(zhì)的；其次，要假設地基土不會在受力壓縮變形后不會產(chǎn)生側(cè)向膨脹，這有利于在計算時采用基于完全側(cè)限條件的壓縮性指標；第三，假設所采用的路基基底中心點下可以隨時計算地基的變形量；最后，如果以地基最終變形量為基底，則在一定深度范圍內(nèi)的壓縮層中就可以計算各個土層壓縮變形的總和。目前許多沉降計算方法都可以歸為到分層總和法中來進行計算，比如規(guī)范法、單向壓縮法等等，這些計算方法在設計階段就能考慮路基固結(jié)應力的沉降計算值，比如我國所研究的三維壓縮法就是基于分層總和法而得出的。

3總結(jié)

本文基于舊路拓寬工程項目中新舊路基的應力應變特性變化和沉降變形變化，給出了對路基不均勻沉降預防的最新算法和沉降標準控制標準，希望在如今要求越來越高的城市道路改造過程中得以合理應用，為城市建設更加規(guī)范、快捷和具有安全質(zhì)量的行車道路。

參考文獻：

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[3]吳文英.城市道路拓寬改造的研究與實踐[D].南京理工大學,2008：39-52.

The old road design stage on broadening the technical scheme of uneven settlement of subgrade and prevention project

YV Bo

(Heilongjiang Highway Engineering Quality Supervision Station,Harbin,Heilongjiang 150000,China)

Abstract:The application of the technology of preventing the uneven subsidence of the roadbed can improve the quality of the old road widening project. In this paper, the problem of widening of the old road in urban area is analyzed, and the uneven settlement of subgrade is analyzed, and the deformation law of the old road in the widening of the foundation settlement is proposed.

Keywords:the old road widening; the uneven settlement of the subgrade; deformation law; calculation method

中圖分類號：U416.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)03-0058-02

作者簡介：于波(1969-)，男，高級工程師，研究方向：道路與橋梁工程。

收稿日期：2015-10-30