新舊路基不均勻沉降分析與控制技術(shù)研究

楊文超，李果

（中建海峽建設發(fā)展有限公司，福建 福州 350000）

1 前言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展速度不斷加快，高速公路工程建設面積進一步擴大，實際施工期間遇到的新舊路基不均勻沉降問題更為突出。從根本上降低擴建路基沉降不均勻問題發(fā)生概率，還要結(jié)合工程具體建設要求，分析導致新舊路基不均勻沉降的機理，積極引進更先進的不均勻沉降控制技術(shù)，切實延長全生命周期。

2 新舊公路不均勻沉降分析與控制工作的重要意義

當前公路工程交通量呈現(xiàn)出逐年遞增的發(fā)展態(tài)勢。早期公路建設受技術(shù)與經(jīng)濟等因素限制，建設規(guī)模較小，無法滿足現(xiàn)階段城市化建設要求，導致公路自身具有的便捷、高速的服務優(yōu)勢難以充分發(fā)揮出來。由此可見，對原有道路進行擴建與加寬處理已經(jīng)成為現(xiàn)有公路建設行業(yè)重要任務之一。

公路擴建工程需要涉及路基拓寬工作，但在新舊路基連接過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)開裂與滑移等現(xiàn)象，引發(fā)不均勻沉降病害問題。由于國內(nèi)在路基拓寬等方面的實踐經(jīng)驗較少，相應的設計方式與計算理論不夠成熟，導致部分拓寬工程的建設效果不理想，通車后不久就會出現(xiàn)縱向開裂情況。

為確保公路工程路基擴建工作高質(zhì)高效開展，需要注重研究新舊路基結(jié)構(gòu)銜接關(guān)鍵技術(shù)，分析導致新舊路基不均勻沉降問題的機理，制定出專項可行的不均勻沉降解決方案，為以后類似加寬改造工程提供更加科學的設計與施工依據(jù)。

3 新舊路基不均勻沉降病害機理

3.1 新舊路基常見病害問題

在新舊路基銜接過程中，由于路基結(jié)構(gòu)材質(zhì)不一致，施工時間存在較大差異，極易引發(fā)下列幾種沉降病害。

（1）擴建路基失穩(wěn)。在新舊路基銜接施工期間，銜接處滑動問題較為常見，如沒有對此問題進行及時處理，會引發(fā)整體坍塌等更嚴重的安全事故。此種病害問題多發(fā)生在地基土質(zhì)較為軟弱、高填方路堤結(jié)構(gòu)、坡勢較陡地帶等。滑動問題也會引發(fā)路面結(jié)構(gòu)縱向裂縫，雨水滲入到裂縫中，路基結(jié)構(gòu)整體性與穩(wěn)定性將嚴重下降。

（2）路面破損。在新舊路基不均勻沉降的情況下，也會導致路面破損情況出現(xiàn)，嚴重影響路面結(jié)構(gòu)全生命周期。不同材質(zhì)路面破損情況存在一定差異。具體而言，水泥路面常見情況為脫空，進而引發(fā)板塊斷裂情況。瀝青路面的結(jié)合料松散，橫坡拼接處將出現(xiàn)或面層破碎情況。

（3）邊坡病害問題。如拓寬后的路基結(jié)構(gòu)沉降不均，也會因自然水滲入而導致邊坡結(jié)構(gòu)出現(xiàn)淺層滑坡、侵蝕剝落等病害問題，對公路工程后期運營期間的穩(wěn)定性及長效性造成嚴重不利影響。

3.2 新舊路基不均勻沉降機理

導致新舊路基平穩(wěn)度不足的機理主要是由于地基里含有軟弱下臥層，土體流動性大、壓縮性強，在銜接部位強度施工水平未達標的情況下，會使銜接處到軟弱層底面發(fā)生滑動情況，導致穩(wěn)定性下降；在地基結(jié)構(gòu)坡面坡度較大的情況下，填筑期間會出現(xiàn)坡度不一致問題。為從根本上提高路堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，還需要額外增加加筋擋土墻或者重力擋土墻。

新舊路基結(jié)合處強度不足，也會使不均勻沉降問題出現(xiàn)。由于新舊路基銜接工作專業(yè)性強、流程繁瑣，常會因人為問題施工質(zhì)量下降。例如，施工人員施工經(jīng)驗較少，臺階開挖時出現(xiàn)超挖情況，導致后續(xù)施工成本增加，路基結(jié)構(gòu)強度下降。在排水設施布置不當?shù)那闆r下，也會引發(fā)地下水下滲情況，使路基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水或滯水問題，影響路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.3 新舊路基不協(xié)調(diào)變形病害機理

新舊路基結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)變形問題主要就是在行車荷載作用下產(chǎn)生的路基結(jié)構(gòu)壓縮變形情況、新舊路基自身固結(jié)變形產(chǎn)生的豎向位移差等。新路基荷載效果產(chǎn)生地基固結(jié)沉降問題多發(fā)生在地質(zhì)條件較差的路段，由于附加應力持續(xù)增長，導致軟弱地基中的超孔隙水壓力進一步加大，新舊路基加寬部分會因行車時間的延長而出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形情況。

由于新舊路基自身存在壓縮變形問題主要是在填石路堤銜接狀態(tài)不佳、黏土填料過節(jié)時間較長等情況下發(fā)生。由于舊路基在行車荷載與自重作用下的壓縮變形結(jié)束，新路基隨后產(chǎn)生較大壓縮變形情況，使路面結(jié)構(gòu)沉降不均，隨后引發(fā)開裂問題。

4 新舊路基不均勻沉降影響因素

為切實找出能夠引發(fā)新舊路基不均勻沉降問題的影響因素，本文使用有限元計算方式，對拓寬路基差異沉降數(shù)值進行計算。在新舊路基銜接過程中，新路基在舊路基上的填筑會對舊路基產(chǎn)生新的作用力，使舊路基發(fā)生再次沉降。

在公路工程路基拓寬沉降計算過程中，需要重點關(guān)注最大沉降差值隨時間變化而出現(xiàn)的變化規(guī)律。由于施工現(xiàn)場土體結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)、施工技術(shù)存在較大差異，最大差異沉降預估值的誤差會達到10%～20%。在最大差值計算過程中，也會使用反分析方式，結(jié)合工程中測量信息，擬和部分參數(shù)推照經(jīng)驗公式，用公式計算出沉降隨時間變化而發(fā)生的沉降量。

在有限元計算過程中，可以通過有限元軟件，對新舊路基結(jié)構(gòu)荷載力、應力以及邊界條件進行模擬分析，并計算出更精準的路基差異沉降值。通過分析有限元路基結(jié)構(gòu)模型，發(fā)現(xiàn)導致新舊路基不均勻沉降問題的影響因素主要包括以下幾種：

（1）在路基結(jié)構(gòu)單側(cè)加寬的情況下，等量寬度增加量對路基沉降趨勢的影響先增大而后又逐步減小。在拓寬寬度較小的情況下，路基頂面沉降最大位置會位于新路肩最邊緣方向。隨著單邊加寬值增大，沉降最大值的位置出現(xiàn)變化，即向路心逐步靠攏；

（2）在路基填土高度較小的情況下，拼接路面頂端的總體沉降曲線會呈現(xiàn)出波浪形特征。因填土高度小、新路基對老路基的影響也會較小，沉降曲線前段將較為平緩。在舊路基坡腳線與新路基路肩之間的距離較大時，舊路邊坡填筑高度發(fā)生改變，會使沉降值增大；

（3）在舊路基壓縮模量為定值時，新路基及壓縮模量的增加會導致最大差異沉降值呈現(xiàn)出遞減的態(tài)勢。如新路基壓縮模量較小，在新路基結(jié)構(gòu)自重作用下，也會引發(fā)再次沉降情況。

5 新舊路基不均勻沉降控制技術(shù)

5.1 新舊路基常見處治要點

在新舊路基結(jié)構(gòu)地質(zhì)條件較差、拓寬路基為高填路堤結(jié)構(gòu)的情況下，天然路基強度、穩(wěn)定性無法長期運營要求，需要對新舊路基結(jié)合處進行新舊處理。在路基拓寬技術(shù)選擇過程中，應做好前期勘察拓寬結(jié)構(gòu)地質(zhì)情況，分析道路性質(zhì)與實際施工條件等工作，制定出專項可行的處治，確保新舊路基不均勻沉降問題能夠被及時發(fā)現(xiàn)與處理。

具體來說，拓寬路基常見處理技術(shù)為換填法、拋石擠於法、排水固結(jié)法等。由于新舊路基不均勻沉降問題主要是由于填料及壓縮度差異較大導致，可以選擇與舊路基相同的填料填筑，要求此填料具備級配性好、透水性好等特征。

為從根本上提高新舊路基銜接水平，還需要合理提高路基壓實度，嚴格遵循現(xiàn)行公路路基設計規(guī)范要求，計算出適宜的壓實參數(shù)，從根本上保障新舊路基銜接效果。

5.2 不同新舊路基不均勻沉降處理

在輕質(zhì)路基結(jié)構(gòu)不均勻沉降問題處理過程中，可以首先構(gòu)建二維模型，計算出新路基與舊路基結(jié)構(gòu)的摩擦系數(shù)。通過對比分析采用輕質(zhì)路堤與未采用輕質(zhì)路基結(jié)構(gòu)的沉降差值，發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)路基結(jié)構(gòu)的使用可以最大限度減小沉降差值。

在使用臺階開挖拼接技術(shù)過程中，需要結(jié)合工程新舊路基擴建具體要求，選擇適宜的臺階開挖形式。如標準式臺階主要就是在舊路基結(jié)構(gòu)削坡后，通過邊坡確定臺階的高度與寬度，具有開挖便捷優(yōu)勢，但實際高度與寬度數(shù)值往往無法同時滿足設計要求；內(nèi)傾式臺階主要就是在標準臺階基礎(chǔ)上，在臺階水平面布設內(nèi)傾角，可以切實滿足新舊路基銜接填筑要求。

由于引發(fā)新舊路基不均勻沉降問題的因素較多，在選擇沉降控制技術(shù)過程中，還應當將多技術(shù)結(jié)合在一起，細化實際控制方案內(nèi)容，降低不均勻沉降問題發(fā)生概率。

6 結(jié)語

總而言之，為有效分析新舊路基不均勻沉降機理，探索出能夠造成不均勻沉降問題的各類影響因素，需要配合使用先進的有限元計算方式，計算出擴建路基期間的各類技術(shù)參數(shù)，探索新舊路基不均勻沉降變化規(guī)律。結(jié)合工程具體施工要求，對現(xiàn)有不均勻沉降控制技術(shù)進行進一步優(yōu)化，確保公路工程能夠始終朝向高質(zhì)高效化方向建設。