拓寬路基差異沉降防治技術(shù)研究

朱 佟 佟

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074)

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拓寬路基差異沉降防治技術(shù)研究

朱 佟 佟

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074)

基于國內(nèi)學(xué)者對高速公路拓寬改建工程的研究成果，探討了拓寬改建工程中遇到的差異沉降問題，從邊坡削坡、開挖臺階、使用輕型填料、使用土石合成材料等方面，闡述了舊路拓寬改建工程中路基沉降控制措施，以保證公路路基的穩(wěn)定性。

路基拓寬，差異沉降，邊坡，填料

0 引言

改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，我國高速公路的建設(shè)勢頭十分迅猛。截止到2015年，我國高速公路通車總里程達(dá)到12.53萬km，躍居世界第一。可是由于國內(nèi)早期修建的高速公路受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)水平以及建設(shè)思想的制約，絕大多數(shù)為雙向四車道，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，部分四車道高速公路已經(jīng)不能滿足日益增長的交通量的需求，制約了當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，迫切需要擴(kuò)大原有道路的通行能力，提高道路服務(wù)水平。解決這一問題的方法有兩種：一種是在原有道路旁，近距離新建一條新的高速公路；另一種是在原有道路的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓寬改建。陳勝營等[1]認(rèn)為在原有道路旁新建一條高速公路的成本較大。因此現(xiàn)階段我國提高老路通行能力的方法主要是在老路路基的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓寬改建。

1 國內(nèi)外高速公路改擴(kuò)建現(xiàn)狀

由于國外發(fā)達(dá)國家高速公路的設(shè)計(jì)理念比較超前，建成的多是六車道或八車道，有的甚至是十二車道，所以較少有大規(guī)模的拓寬改建工程，而且國外把道路中央的預(yù)留車道設(shè)計(jì)得較寬，其中一個重要原因就是便于將來道路的拓寬和翻新，由于預(yù)留車道坐落于老路基之上，不用重新設(shè)計(jì)新的拓寬路面，因此國外對于新老路基的相互作用和差異沉降的研究也相對較少。

受到當(dāng)時建設(shè)理念與經(jīng)濟(jì)狀況的制約，我國早期建成的高速公路多以四車道為主，可是這些高速公路從投入使用到車流量飽和只用了不到10年的時間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同等高速公路應(yīng)有的壽命。目前，滬寧、廣佛、沈大、京津等高速公路的拓寬改建工程多已結(jié)束，京滬、濟(jì)青、沈山、寧通等高速公路的改擴(kuò)建工程也正在進(jìn)行中。

姜景山[2]認(rèn)為在對舊高速公路進(jìn)行拓寬改建時，由于原有路基經(jīng)過多年的運(yùn)營已基本沉降穩(wěn)定或者剩余沉降量較小，而新路基和地基的沉降才剛剛開始，新老路基不可避免地產(chǎn)生較大的差異沉降。黃琴龍等[3]對舊路拓寬改建的病害研究表明，影響舊路拓寬工程性質(zhì)的主要因素有：1)新老路基間的差異沉降；2)新老路基結(jié)合不良；3)路基路面整體抗變形能力差、路基不穩(wěn)定；4)排水措施不完善等，其中新老路基間的差異沉降和不良結(jié)合是引起高速公路拓寬改建工程病害的最主要原因。因而，研究新老路基間差異沉降的防治方法對研究高速公路的拓寬改建具有十分重要的意義。

2 防治措施

2.1 邊坡削坡

削坡的目的主要是清理原有路基邊坡上的腐殖土、壓實(shí)度不足的填土以及雜物等，保證削坡后邊坡的土層具有較高的強(qiáng)度。削坡可以采用等坡度削坡法，也可以采用變坡度削坡法。等坡度削坡法就是在保證原有邊坡坡度不變的情況下進(jìn)行削坡，變坡度削坡法就是改變原有邊坡坡度進(jìn)行削坡，變坡度削坡法的削坡坡度一般大于原有邊坡的坡度。在實(shí)際工程中，削坡所采用哪種方法主要看邊坡土體和邊坡下土層的具體情況而定。

2.2 臺階開挖

開挖臺階的目的主要是通過增加新老路基結(jié)合部位的接觸面積，來加強(qiáng)新老路基的整體性。老路基邊坡的臺階開挖形式主要有四種：標(biāo)準(zhǔn)式臺階、豎傾式臺階、內(nèi)傾式臺階、內(nèi)挖式臺階，四種臺階開挖形式各具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，見表1，國內(nèi)最常見的開挖形式是內(nèi)傾式臺階。針對內(nèi)傾式臺階，國內(nèi)大多數(shù)改擴(kuò)建工程采用2%～4%的內(nèi)傾角，主要是利用了內(nèi)傾角的嵌鎖作用來加強(qiáng)新老路基之間的整體性。

表1 四種臺階開挖形式的優(yōu)缺點(diǎn)

臺階開挖一般有兩種順序：一種是從上而下；另一種是從下而上。高翔[4]通過對這兩種開挖方式的研究發(fā)現(xiàn)，雖然這兩種開挖順序的方式對填筑后新老路基表面的變形沒有顯著的區(qū)別，但是從下而上的開挖方式相對于從上而下的開挖方式更加有利于機(jī)械化施工，因此國內(nèi)一般采用從下而上的開挖方式。

以往的工程資料認(rèn)為臺階尺寸越小、數(shù)量越多、新老路基之間的接觸面積越大越有利于新老路基的結(jié)合，提高新老路基的整體性，控制差異沉降，但是通過傅珍[5]對于臺階尺寸的研究發(fā)現(xiàn)，在臺階高度不變的情況下，隨著臺階寬度的增加，路基的水平位移和沉降量逐漸降低；在臺階寬度不變的情況下，隨著臺階高度的減少，路基的水平位移和沉降量逐漸減少。因此合理制定臺階尺寸，對控制差異沉降有很大影響。

2.3 選擇合適的填料

在高速公路改擴(kuò)建工程中選擇合適的填料，應(yīng)該以避免新路基的變形和減少新老路基的差異沉降為主要原則。由于填土材料的自重對改擴(kuò)建工程的工后沉降有很大的影響，因此減少填土材料的自重可以有效避免新路基工后沉降過大。魏宏志[6]針對拓寬工程中出現(xiàn)的新路基壓實(shí)度不足和新老路基間差異沉降的問題，提出選用輕質(zhì)透水性好的填料。采用輕質(zhì)透水性好的材料主要有兩個優(yōu)點(diǎn)：1)提高新路基的承載力，使之不易受到破壞；2)減小新 路基的自重荷載和新路基對老路基的附加荷載。

性能較好的輕質(zhì)透水性材料主要以EPS[7]為代表，EPS材料有自重小、透水率高、強(qiáng)度大、抗沖擊性能強(qiáng)等特點(diǎn)。EPS不僅可以降低新路基的重量減少工后沉降，還能保證新路基的穩(wěn)定性，對減少基層的側(cè)向位移也有重要影響。但是由于EPS材料的價格相對較高，因此沒有在工程中得到大面積的使用。

2.4 土工合成材料的應(yīng)用

土工合成材料是一種人工合成的新型材料，主要以多分子聚合物為原料制成各類產(chǎn)品，置于巖土體的表面、內(nèi)部以及不同土層之間，增加土體的抗拉強(qiáng)度。土工合成材料應(yīng)用于拓寬改建工程，主要是利用了其加筋、防水的特點(diǎn)。土工合成材料[8]不僅可以改善新老路基的受力特性，還可以約束其橫向位移與縱向差異沉降、減少新路基的沉降和新老路基間的不均勻沉降、加強(qiáng)新老路基間的整體性。

目前使用最廣泛的土工合成材料是土工格柵。土工格柵具有造價低、強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗老化等優(yōu)點(diǎn)。土工格柵加固地基的機(jī)理主要是：土工格柵與被加固材料之間產(chǎn)生的摩擦力、抗阻力、以及對上下填料的鎖定作用。土工格柵在改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用情況見圖1。瑜璐[9]認(rèn)為土工格柵在防止縱向裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)散方面有重要影響。

3 結(jié)語

舊路拓寬改建工程的質(zhì)量直接影響高速公路的運(yùn)營及使用壽命，新老路基之間的差異沉降和不良結(jié)合是影響其質(zhì)量的主要危害之一。針對差異沉降產(chǎn)生的主要原因，我們可以利用邊坡削坡、開挖臺階、選擇填料、應(yīng)用土石合成材料等措施提高新路基的壓實(shí)度和新老路基之間的整體性，預(yù)防差異沉降的產(chǎn)生，減少差異沉降產(chǎn)生后的危害，從而延長高速公路的使用壽命，提高高速公路的通行能力和服務(wù)水平。

[1] 陳勝營,劉祖祥.高速公路改擴(kuò)建方案思考[J].公路,2001(7):102-103.

[2] 姜景山.考慮新老路基相互作用的軟基高速公路拓寬變形性狀分析[J].長江科學(xué)院院報，2012，29(5):32-39.

[3] 黃琴龍，凌建明，唐伯明，等.舊路拓寬工程的病害特征和機(jī)理[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2004，32(2):197-201.

[4] 高 翔.高速公路新老路基相互作用分析與處理技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué)，2006.

[5] 傅 珍.高速公路拓寬工程路基差異沉降及控制技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.

[6] 魏宏志.輕質(zhì)填土材料在高等級公路軟基路堤中的應(yīng)用[J].中外公路,2003,23(5):124-127.

[7] 胡海英，張玉成，喬有梁.EPS材料的特性及其在路橋工程中的應(yīng)用[J].廣東水利水電，2009(7):23-27.

[8] 朱曉娟.土工合成材料在地基處理中的應(yīng)用[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2011.

[9] 瑜 璐.新型土工格柵力學(xué)性能及高路堤沉降規(guī)律研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2012.

Study on different settlement preventing techniques of widening subgrade

Zhu Tongtong

(CollegeofCivilEngineering,ChongqingUniversityofTraffic,Chongqing400074,China)

Based on domestic scholars’ research achievements for highway widening transformation engineering, the paper explores differential settlement causes of widening transformation engineering. Starting from aspects of slope cutting broken, excavation step, using light-style filling, using rock-soil compound material, it describes subgrade settlement control measures of old road widening transformation engineering, with a view to guarantee the highway subgrade stability.

widening subgrade, differential settlement, slope, filling

1009-6825(2016)18-028-03

2016-04-17

朱佟佟(1993- )，男，在讀碩士

U416.1

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