公路舊路加寬施工技術(shù)的幾點(diǎn)研究

摘要:隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的大部分公路功能已不能滿足社會(huì)日漸增長的交通需要，為此對(duì)原有的高速公路進(jìn)行升級(jí)改造勢在必行。而公路路基加寬無論是設(shè)計(jì)還是施工，都是改造工程的關(guān)鍵。在鋪筑試驗(yàn)路并進(jìn)行現(xiàn)場觀測的同時(shí)，探索舊路加寬的理論分析方法，可為今后的舊路加寬改造工程提供十分有益的借鑒。

關(guān)鍵詞:舊路 加寬 分析

公路在經(jīng)多年的通車后，路基沉降基本完成，路基加寬段由于新舊路基的不均勻沉降，必然產(chǎn)生以縱向裂縫為代表的裂縫，從而對(duì)公路產(chǎn)生破壞。為此，必須加強(qiáng)公路路基加寬時(shí)設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工質(zhì)量，使沉降量減為最少，以保證公路的質(zhì)量。

一、舊路加寬常見病害及其產(chǎn)生原因

在道路拓寬_丁程中，因新老路基之問不均勻沉降而導(dǎo)致道路通車后路面出現(xiàn)縱、橫向裂縫等病害是較為普遍的現(xiàn)象。特別是軟弱地基地段，新拓寬路基工后沉降較大，而老路基的固結(jié)沉降已基本完成，新老路基結(jié)合部位沉降量不一致，在新老路基之間產(chǎn)生相對(duì)過大的差異沉降，成為道路產(chǎn)生裂縫的主要原因。另外，在舊路邊坡上進(jìn)行拓寬填筑，新填的土方和運(yùn)營后的汽車荷載也會(huì)引起老路基的附加沉降，進(jìn)而引起老路基變形，甚至可能出現(xiàn)路基拉裂、下沉過速等病害。

新老路基產(chǎn)生不均勻沉降的主要原因有:

(1)軟弱地基的工后沉降，導(dǎo)致新老路基之間的沉降差異。新拓寬路基工后沉降較大，而老路基的工后沉降已接近完成，這樣就產(chǎn)生一個(gè)沉降差值;

(2)新加寬路基土的壓縮變形和塑性累積變形比老路基大;

(3)新老路基結(jié)合部位處理不當(dāng);

(4)水的作用。

二、 路基綜合處治設(shè)計(jì)的目的與要求

進(jìn)行路基綜合處治設(shè)計(jì)之前，必須作原有舊路的調(diào)查和詳細(xì)和地質(zhì)勘探工作，收集有關(guān)舊路基設(shè)計(jì)、施工和現(xiàn)狀的資料。然后，在分析舊路基固結(jié)沉降的情況，以及拓寬新基對(duì)舊路基影響的基礎(chǔ)上，找出引起新舊路基差異沉降的因素，確定相應(yīng)的路基綜合處治措施。

根據(jù)現(xiàn)有舊路狀況和沿線地質(zhì)條件，路基綜合處治設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到以下目的:

(1)通過地基處治，減少新拓寬路基的工后沉降量，控制新老路基的沉降差;

(2)通過新老路基結(jié)合部位的處理，加強(qiáng)新老路基的結(jié)合強(qiáng)度，減輕新老路基因材質(zhì)、施工質(zhì)量及路面結(jié)構(gòu)層的差異等所引起的病害;

(3)完善排水防滲系統(tǒng)，阻止雨水滲入新舊路基結(jié)合面。

三、舊路加寬的地基沉降與路基穩(wěn)定性分析

在舊路加寬改造中，地基沉降和路基穩(wěn)定性分析無疑是非常重要的。沉降的處理就是在路基施工過程中加速因新修路基而引起的地基沉降，或者采取有效措施控制路基由于剪切變形而產(chǎn)生的側(cè)向位移，從而減小路基的工后沉降。對(duì)于穩(wěn)定性的處理則必須增大新修路堤及地基的強(qiáng)度，提高其抗剪切變形的能力。

由均質(zhì)粘性土填筑的路堤的穩(wěn)定性根據(jù)Fellenius滑動(dòng)圓弧法進(jìn)行分析，路堤坍塌破壞時(shí)，其滑動(dòng)面為一曲面，假定其為圓弧形，圓弧滑動(dòng)面的位置用4.5H法確定。土工合成材料的加筋作用按在常規(guī)的圓弧穩(wěn)定分析方法中增加一個(gè)拉力的辦法進(jìn)行考慮，把加筋力作為水平力施加于滑動(dòng)土體，來計(jì)算其穩(wěn)定性和確定加筋層數(shù)。

在舊路加寬改造工程中，由于新舊路基的固結(jié)程度不同，將會(huì)導(dǎo)致路基的橫向不均勻沉降，從而造成路面的開裂破壞。因此，必須準(zhǔn)確掌握加寬路基的最終沉降量及固結(jié)度，并驗(yàn)算其剩余沉降量是否滿足工后沉降量的要求。在沉降分析中，可假定舊路路基下的地基已趨于完全固結(jié)，采用分層總和法計(jì)算新加寬部分路基的地基總沉降量。

四、舊路加寬的路基土壓縮變形分析

路基土在其自重和路面結(jié)構(gòu)等靜荷載作用下的變形主要表現(xiàn)為土體的壓縮變形，可通過室內(nèi)試驗(yàn)測定土的相應(yīng)變形指標(biāo)，選取適宜的力學(xué)模型采用有限元法分析路基土的應(yīng)力狀態(tài)，從而得到路基與地基的總變形量、不均勻變形量、不均勻變形范圍以及變形與時(shí)間的變化關(guān)系等控制指標(biāo)。

在路基土壓縮變形的有限元法分析中，將新填筑的路基土視為彈塑性材料，采用鄧肯非線性模型。而將舊路路基視為彈性材料，將土工織物視為線彈性材料，按平面應(yīng)變問題求解。其中，路基和地基采用平面四邊形等參單元、土工織物采用接觸面單元、路面結(jié)構(gòu)層采用彈性梁單元進(jìn)行模擬，假定土工織物與土體的界面間無相對(duì)位移。

五、路基土在行車荷載作用下塑性累積變形的探索分析

路基土作為一種非線性彈-塑性變形體，在行車荷載作用下除產(chǎn)生彈性變形外，還會(huì)產(chǎn)生部分不可恢復(fù)的塑性變形。塑性變形會(huì)隨著行車荷載作用而逐漸累積，在行車道中央輪跡帶范圍內(nèi)的路基土所承受的荷載較大，荷載作用次數(shù)也較多，因此產(chǎn)生的塑性累積變形也較其它位置要大，從而導(dǎo)致路基的不均勻變形。

路基土塑性累積變形可采用如下的計(jì)算方法:①沿深度方向?qū)⒙坊羷澐譃槿舾蓚€(gè)子層，運(yùn)用三變量塑性應(yīng)變方程分別計(jì)算各個(gè)子層的塑性應(yīng)變;②根據(jù)路基土某一子層塑性應(yīng)變的大小和厚度得出該層的塑性變形;③采用分層總和法將不同深度處各子層的塑性變形累加得到路基土頂面某一點(diǎn)處的塑性累積變形;④綜合考慮水平方向不同位置荷載在同一計(jì)算點(diǎn)所引起的塑性變形的疊加，得出路基土頂面某一點(diǎn)的最終塑性累積變形。

因此，可采用如下的計(jì)算公式進(jìn)行路基土的塑性累積變形的分析。

δp=∑δjp"=∑∑εijphI=∑∑a(σijd/σis)m(Nl˙fj)bhi(i=1，2，n; j=1，2，…p)

式中:δp——計(jì)算點(diǎn)處路基頂面總的塑性累積變形;

fj——第j個(gè)軸載作用位置，fj代表軸載在該位置出現(xiàn)的概率，共有p個(gè)作用位置;

δjp——第j個(gè)作用位置處的軸載在計(jì)算點(diǎn)處產(chǎn)生的塑性累積變形;

i——第i個(gè)計(jì)算子層，hI代表該子層的厚度，σis代表該子層土的靜態(tài)抗壓強(qiáng)度，共分n個(gè)子層;

εijp——處于j位置的軸載在第i個(gè)計(jì)算子層內(nèi)產(chǎn)生的平均塑性應(yīng)變;

σijd——處于j位置的軸載在第i個(gè)計(jì)算子層內(nèi)產(chǎn)生的平均偏應(yīng)力;

Ni——代表第l個(gè)車道累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù);

a，m，b——回歸系數(shù)，稱為永久變形參數(shù)。

計(jì)算深度取決于容許誤差的大小，可通過控制應(yīng)力比(σd/σs)的衰減程度來確定。如可采用應(yīng)力比(σd/σs)的衰減至10%時(shí)的深度作為計(jì)算深度。如果取固定的計(jì)算深度和等層厚可使計(jì)算得到簡化經(jīng)過這樣處理得出的計(jì)算結(jié)果仍能夠滿足要求。

六、舊路加寬試驗(yàn)路的觀測測試

在舊路加寬改造工程中需進(jìn)行必要的現(xiàn)場觀測測試，以便掌握地基和路基的沉降與變形，以及路基土體內(nèi)應(yīng)力狀況。在試驗(yàn)路單側(cè)加寬段的每個(gè)橫斷面均埋設(shè)了6對(duì)沉降板和土壓力盒，雙側(cè)加寬段各埋設(shè)了5對(duì)沉降板和土壓力盒。

沉降板的埋設(shè)位置是根據(jù)觀測總沉降量、分層沉降量和橫向不均勻沉降的要求來確定的。埋設(shè)在天然原地面的沉降板主要用來測量地基的沉降量;埋設(shè)在加寬路基不同高度上的沉降板，主要用來測量新路基自身的分層沉降量;埋設(shè)在新路基橫斷面表層不同位置的沉降板，主要用來測量新路基表層的橫向不均勻沉降。

土壓力盒均埋設(shè)在沉降板的一側(cè)，可用來了解在路堤填筑過程中及路堤填筑完成后的土壓力變化狀況、沉降與土壓力間的相互關(guān)系等。

參考文獻(xiàn)

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