拓寬高度對高速公路路基差異沉降的影響

王 建，趙秀女

(江西公路開發總公司，江西 南昌 330038)

拓寬高度對高速公路路基差異沉降的影響

王 建，趙秀女

(江西公路開發總公司，江西 南昌 330038)

設計高速公路改造方案時，需要充分考慮路基差異沉降問題，確保設計方案合理并提升最終工程質量。首先分析了不同填筑高度對路基沉降差異值、表面水平位移值以及坡角水平位移的影響，并對分層填筑過程中的差異沉降指標變化情況進行對比，得出如下結論：填筑高度越大，路基表面荷載、邊坡偏載就會升高，從而使得表面沉降就越顯著；分層填筑厚度越高，會對老路基造成更多的擠壓，新老路基差異沉降會提升。

高速公路；道路拓寬；路基下沉；填筑高度

1 填筑高度對差異沉降的影響分析

1.1 不高填筑高度對表面沉降值的影響

在高速公路改造過程中，部分區域存在路基下沉或者原始設計相對低陷，此時如果要拓寬高度，就需要進行填筑作業。然而，在填筑材料類型、配比等情況相同條件下，確立不同的填筑高度會對公路差異沉降形成不同的作用。因此，有必要對該因素的影響力大小進行分析。本研究中，設計三種不同高度填筑路基，分別為1.5～6.0 m不等，其對應沉降曲線如圖1所示。

圖1 不同填筑高度時路面表面沉降曲線圖

由圖1可知，在4種不同填筑高度下，沉降曲線呈現出類似特征，隨著距離老路中心距離越遠，沉降值呈走低態勢。然而，在相同老路中心距離條件下，沉降值存在差異。其中，路基填筑高度越小，沉降值也越小。比如，當中心距離值為10 m時，1.5 m填筑高度條件下所對應沉降值為7.6 cm，3 m填筑高度條件下所對應沉降值為9.2 cm，5 m填筑高度條件下所對應沉降值為12.1 cm，6 m填筑高度條件下所對應沉降值為13.4 cm。之所以會出現這種規律，與老路承重作用、新路基自身重力等因素有關。當填筑高度越大時，自身重力值也越大，而且對老路基所施加重力作用也更顯著，因此會表現出更加明顯的沉降差異特征。

1.2 填筑高度對沉降差異值的影響

在4種不同路基高度條件下，路肩差異沉降呈顯著升高特征：當填筑高度為1.5 m時對應值為4.08 cm，當填筑高度為3 m時對應值為7.6 cm，當填筑高度為5 m時對應值為11.4 m，當填筑高度為6 m時對應值為12.03 cm。相類似的，填筑后路基高度值越大，對應最大差異沉降也呈現出總體上升特征，但是當高度值達到5 m后，差異沉降值保持基本穩定，不再繼續增加。

圖2 不同填筑高度條件下差異沉降曲線

1.3 填筑高度對路表面水平位移的影響

當路基填筑高度存在差異時，對表面水平位移所造成的影響存在較高相似度，然而在不同老路中心距離水平下，各自所對應位移值存在差異。以老路中心距離10 m為例，當路基高為1.5 m時，對應表面水平位移值為1.97 mm；當路基高為3 m時，對應表面水平位移值為3.85 mm；當路基高為5 m時，對應表面水平位移值為6.07 m；當路基高為6 m時，對應表面水平位移值為7.8 mm。由圖3還可以看出，在相同填筑高度下，如果距離老路中心越遠，水平位移特征就越弱?？梢?，相同條件下，填筑高度越大，就會導致高速公路水平位移更加顯著。

1.4 填筑高度對坡角水平位移的影響

在路基填筑完成后，新路的坡角水平位移值越來越小，而老路的對應值則越來越大，二者之間呈現出的坡角水平位移差越來越顯著。比如，當路基高度為1.5 m時，二者的坡角水平位移差為14.5 mm；當路基高度增加至3 m和5 m時，二者對應的坡角水平位移差分別為27 mm、35.6 mm；當路基高度為6 m時，二者的坡角水平位移差達到最大值，為43.7 mm。

2 分層填筑對高速公路差異沉降的影響分析

2.1 分層填筑下路基表面沉降值分布

在分層施工過程中，填高有四個階段，分別對應高度為2 m、4 m以及6 m，其對應路基表面沉降值如圖3所示。

由圖3可知，當填高為2 m時，路基表面沉降值在老路中心距離14.6 m內無明顯變化,隨后開始下滑，并呈現出下向拋物線特征；當填筑高度為4 m時，在老路中心距離14.6 m內呈現小幅度線性下降，隨后呈現出倒鉤曲線特征；當填筑高度為6 m時，在老路中心距離7 m內，表面沉降值呈現小幅度線性下降，隨后快速下降，變化曲線較為平滑，最終值達到-20 cm。完成填筑以后，表面沉降值由-9.2 cm下降至-21.3 cm，且變化過程平緩。

圖3 分層填筑條件下路基表面沉降分布特征

可見，隨著填筑高度越大，表面沉降就越顯著，之所以會出現該現象，與路面荷載變化有關。填筑量越多，路面就需要承受更多的荷載，就會向路基施加更多向下的作用，迫使其下沉。同時，還可以發現，當填筑高度較低(小于4 m)時，在老路中心14.6 m內，路基并沒有表現出十分顯著的沉降，此后才呈現出顯著變化特征。這是因為，當距離值較近時，填筑材料對路基沒有形成顯著偏載或者負向擠密，只有當填筑材料厚度足夠時，偏載作用方才顯現，使得路基下沉。

2.2 對路基表面水平位移的影響

在距離老路中心14.7 m范圍內，填高對表面水平位移無顯著影響，隨著中心距離值繼續增加，位移值快速增加，到達峰值后，再次出現平穩下滑特征。在距離路肩17.5 m左右，各填高對應的表面位移值達到峰值，其中，填高為2 m時，對應值為7.6 mm；填高為4 m時，對應值為15 mm；填高為6 m時，對應值為24.5 mm。

2.3 對坡腳水平位移的影響

隨著填筑高度不斷增加，新路和老路的坡角水平位移值呈現出相反的變化趨勢，其中，新路坡角水平位移不斷向外擴展，而老路則向內收縮。需要注意的是，當填筑高度達到6 m時，新路的坡角水平位移達到峰值，為26.4 mm，老路所對應的坡角水平位移值則相較于4 m處有所提升，達到-9.85 mm。當填筑工作結束后，新路的坡角水平位移雖然相較于前一步有所下滑，但也達到25.03 mm，而老路對應位移值則為-16.8 mm，二者水平位移差值達到41.91 mm。

3 結 語

高速公路在運營過程中，如果運量不斷增加，而通過能力不足，就需要對其進行拓寬處理。在設計施工方案時，需要充分考慮到路基沉降問題，避免工程影響質量和使用安全。本文從拓寬高度的角度來分析如何對路基差異沉降造成影響，得出如下幾點主要結論。

(1)在4種不同填筑高度下，沉降曲線呈現出類似特征，隨著距離老路中心距離越遠，沉降值呈走低態勢；在相同路肩距離條件下，沉降值存在差異，其中，路基填筑高度越小，沉降值也越小。

(2)隨著填筑高度越大，表面沉降就越顯著，之所以會出現該現象，與路面荷載變化有關。

(3)施工過程中，需要對路基、邊坡采取加固措施，避免路基失穩或者崩塌。

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U416.1

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1008-3383(2017)11-0064-02

2017-05-31