改擴建公路路基控制差異沉降處治技術綜述

岳海先　冉龍飛

摘? 要：文章主要介紹三種控制拓寬路基差異沉降的處治措施，即分層填筑優質填料、地基處治以及加鋪土工合成材料。分別分析三種處治技術的控制效果并分別分析出每個處治措施中最佳的處治方案。

關鍵詞：改擴建公路;路基;差異沉降

中圖分類號：U418.8 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）17-0158-02

Abstract： This paper mainly introduces three kinds of treatment measures to control the differential settlement of widened roadbed， that is， layered filling of high quality filler， foundation treatment and adding geosynthetics. The control effects of the three treatment techniques are analyzed respectively and the best treatment scheme in each treatment measure is analyzed respectively.

Keywords： reconstruction and expansion of highway; roadbed; differential settlement

引言

改擴建工程中出現較多病害的主要原因為新舊路基差異沉降過大，通過分析新老路基填料的差異性影響可知，當采用優質填料時可大大降低新舊路基差異沉降的影響，但在道路施工過程中路基填筑采用的填料往往就地取材，質量參差不齊，導致拓寬路堤穩定性差加劇了路基的沉降。如果全部換成優質材料，雖然能極大降低差異沉降的影響但造價過高不經濟，因此建議通過兩種途徑進行處理：第一，對就地取材的路基填料進行處理，使填料性能得到改善;第二，優質填料與劣質填料結合填筑。本文主要介紹第二種改善措施，第二種改善措施分兩種情況，第一，優質填料與劣質填料分層填筑;第二，將優質填料與劣質填料混合填筑，改善整體性能。此外，控制差異沉降的技術措施還有許多，本文重點介紹地基處理技術和土工合成材料處理技術。

1 填筑材料選取

當優質填料從上至下填筑時對應的大差異沉降量明顯低于優質填料從下至上填筑，同時，當采用由上至下的填筑方式時，優質填料填筑一層時，大拓寬路基表面大差異沉降減少速率大，之后隨著填筑層數的增加大差異沉降減少速度變小并趨于穩定，而當優質填料采用由下至上的填筑方式時，填筑一層與填筑五層時拓寬路基表面大差異沉降減小幅度明顯小于填筑二層、三層和四層時的減小幅度。通過上述分析，建議在拓寬工程中，當填料的選擇受到限制時，可選擇優質填料與劣質填料分層填筑的方式減少差異沉降的影響，并且采用由上至下的填筑方式進行填筑即優質填料填筑在劣質填料上方，同時當地質條件較好時，可填筑一層優質填料即可大幅度減小差異沉降量;當地質條件較差時，可根據具體情況確定優質材料填筑的層數。

2 地基處理技術

新路堤的加載導致地基發生沉降尤其在軟土地基路段，工后沉降較大，而舊地基已沉降穩定，附加沉降量較小， 終致使地表產生差異沉降，當新舊地基差異沉降量過大時將反映到路面導致路面開裂，影響行車安全。因此有必要對地基采取加固措施以減少差異變形的影響。隨著地基彈性模量增加，整個拓寬路基及地基的沉降量在大幅度減少，而且在地基范圍內沉降減少深度隨著模量增加而不斷擴大。新路堤坡腳外側隆起量隨著地基模量增加而減少，而且地基內的隆起范圍逐漸縮小。地基彈性模量對拓寬路基差異沉降的影響效果十分顯著，當地基的彈性模量從2.5MPa增加至8MPa的過程中，新老路堤表面大差異沉降量減少幅度較大，減少了61.37%，當地基的彈性模量由8MPa增加至20MPa過程中，拓寬路堤表面大差異沉降量減少程度變緩，減少幅度約為20%。由此可見當地基彈性模量較低時，提高地基的彈性模量能有效地減少拓寬路基表面差異沉降，但增加到一定界限時，再增大彈性模量的成效不佳，也從側面反映出對軟基處理的重要性。

3 土工合成材料處治技術

土工合成材料有許多種類，公路中的加筋材料常選用土工格柵，在改擴建公路中土工格柵常常用于新舊路基銜接處，土工格柵作用機理如下：

（1）路基填料為一般土體，有一定的抗壓強度和抗剪強度但抗拉強度較弱，路堤邊坡容易失穩。而土工格柵具有較強的抗拉能力，兩者結合形成復合體可以增強土體的穩定性和抗拉能力。同時土工格柵與土體產生摩擦作用，將土體牢牢鎖住，限制土體產生側向位移，使新舊路基牢牢結合在一起，形成穩定整體，并且土工格柵能有效地分散路基承受的應力作用，減少沉降變形。

（2）土工格柵的彈性模量遠遠大于土體。路基的承載力開始主要依靠填土本身的抗剪強度，當增加土工格柵后，路堤強度還包括了填土與土工格柵之間的摩阻作用以及土工格柵的抗拉作用，極大地增加了土體的承載能力。圖1為土工格柵在新老路堤搭接部位布置圖，為了分析不同加筋層數鋪設在不同位置時的效果差異，土工格柵布設位置為：第一層布設在新路基底部，依次向上1m分別布設第二層、第三層、第四層、第五層。

布設一層土工格柵與未加筋相比，拓寬路基沉降變形及水平位移都有較小的變化，分析產生此現象的原因可能是軟基厚度較厚，本文軟基厚度達到11.5m，參考國內外學者研究成果得知，當軟基厚度較小時，加筋可以明顯減少拓寬路基及地基的沉降變形以及水平位移量且影響范圍較大;當軟基厚度較大時，加筋不僅對拓寬路基及地基的沉降變形以及水平位移量減少幅度較小且影響深度也變小。但當新老路堤結合部位必須布設一層土工格柵時，布設在新路堤底部第一層時，效果好。同時由于鋪設土工格柵對水平位移及沉降影響較小，因此為簡化工作，后續分析指出拓寬路基頂面沉降曲線圖。

當布設一層土工格柵時，布設在第一層時效果佳，因此分析兩層土工格柵布設的最佳位置時，將其中一層土工格柵布設的位置設置在第一層上，另一層布設位置依次變化。當布設兩層土工格柵時，布設在四個不同位置引起的變化十分微小，幾乎不變。當土工格柵布設在第一層和第二層時，拓寬路基表面豎向變形峰值為10.538cm，小沉降值為3.269cm，大差異沉降量為7.269cm，同理依次得出土工格柵布設在第一層和第三層、第一層和第四層時及第一層和第五層時大差異沉降值分別為：7.269cm、7.269cm、7.268cm，未加筋時拓寬路基頂面大差異沉降量為7.275cm。同樣地鋪設兩層土工格柵對拓寬路堤頂面差異沉降影響也十分微小，但當結合部位必須布設兩層土工格柵時，布設在新路基第一層和第五層時，效果好。鋪設兩層土工格柵最佳位置為第一層+第五層，將其作為鋪設三層土工格柵時其中的兩個位置，第三個位置發生變化，土工格柵位置分別布設在第一層+第五層+第二層、第一層+第五層+第三層、第一層+第五層+第四層時，對應的新老路堤表面大差異沉降值分別為：7.269cm、7.269cm、7.268cm，未加筋時拓寬路堤表面大差異沉降值為7.275cm。同樣地鋪設三層土工格柵對拓寬路基表面差異沉降影響也十分微小，但當結合部位必須布設三層土工格柵時，布設在新路基底部第一層、第五層及第四層時，效果好。同樣地鋪設四層土工格柵對拓寬路堤頂面差異沉降變形影響也十分微小，但當結合部位必須布設四層土工格柵時，只要其中三個位置為第一層、第五層和第四層，第四個位置布設在第二層和第三層時效果相同。結合部位無論是單層加筋還是多層加筋，土工格柵對拓寬路基表面沉降影響都較小，但是王景等人借助Geo-slope軟件分析出土工格柵能夠有效地提高拓寬路基的整體穩定性并且同時可以提高新路基的安全系數，建議采用多層加筋措施，因此建議對于矮路堤，可以設置一層土工格柵，布設在路基底部，對于高路堤建議每層臺階均布設土工格柵。對于其他情況再依據具體情況進行層數及位置的選擇。

4 結束語

本文主要介紹三種控制拓寬路基差異沉降的處治措施，即分層填筑優質填料、地基處治以及加鋪土工合成材料。分別分析三種處治技術的控制效果并分別分析出每個處治措施中最佳的處治方案，在新舊路基結合部位添加土工格柵控制拓寬路基差異沉降的影響，有限元分析得出無論是單層加筋還是多層加筋，其對拓寬路基表面沉降影響都較小，但當結合部位必須布設一層土工格柵時布設在新路基底部第一層時，效果好;當布設兩層土工格柵時布設在新路基第一層和第五層時，效果好;當布設三層土工格柵時布設在新路基第一層、第五層及第四層時，效果好;當布設四層土工格柵時，只要其中三個位置為第一層、第五層和第四層，第四個位置布設在第二層和第三層時效果相同。

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