軟土地基上新老路基拼寬沉降分析

洪 挺 李 明

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

軟土地基上新老路基拼寬沉降分析

洪 挺 李 明

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

以某擴建高速公路為例，運用GE05程序對軟土地基上新老路基拼接產生的差異沉降進行分析，結果表明，新路堤作用下，施工期最大沉降發(fā)生在新老路基拼接處；行車作用下，運營期最大沉降發(fā)生在老路土路肩處，根據(jù)沉降分析提出軟土地基上新老路基拼寬地基處理范圍。

軟土地基，拼寬，沉降分析

高速公路擴建中，由于新老路基修筑時間不同，受到行車荷載作用程度不同，地基土固結程度不同，導致新老路基間存在差異沉降，尤其在軟土路基中，差異沉降更為明顯[1]。新老路基間差異沉降會導致路面產生縱縫，路基開裂，甚至是路面橫坡出現(xiàn)反坡，導致路面排水不暢，影響道路安全運營[2,3]。為了預測和控制新老路基間沉降差異，文章采用GE05對新老路基拼接進行分析，通過模擬道路施工期及運營期受力作用對道路沉降變形進行研究，為軟土路基上新老路基的拼接設計提供參考依據(jù)。

1 軟土地基路基拼寬要求

JTG/T L11—2014高速公路改擴建設計細則[4]條文7.6.2條中規(guī)定:

工后沉降計算年限宜不小于15年。

拼寬部分路基工后沉降，應滿足橋頭不大于5 cm，通道涵洞處不大于10 cm，其他一般路段不大于15 cm的要求。

差異沉降控制，應滿足拼寬路基的路拱橫坡增大值不大于0.5%，相鄰路段差異沉降引起縱坡變化不大于0.4%。

根據(jù)規(guī)范條文說明及既有高速公路改擴建經驗[5]，為減少施工期及運營期新老路基差異沉降過大導致路面開裂或路面橫坡反坡導致路面積水影響安全運營，差異沉降控制要求設計過程中應根據(jù)既有道路沉降狀況及相關地基參數(shù)，通過計算分析，合理選擇地基處理范圍，使加寬路基與既有道路的沉降協(xié)調。

2 計算模型及參數(shù)

高速公路在進行拼寬改建時，老路路基已通車長達數(shù)十年，考慮基底處理及通車荷載影響下，老路地基土固結程度已發(fā)生變化，故計算分析時應采用考慮時間效應下老路的固結和沉降。本文考慮應力路徑影響，先計算老路基固結，然后通過加寬荷載及運營期行車荷載施加，分析新老路基沉降變化。

舊路基寬度24.5 m，兩側加寬后路基寬度為42 m，邊坡坡率1∶2。根據(jù)工程勘察報告，軟土分布區(qū)地貌單元為沿江丘陵平原區(qū)，微地貌單元為河漫灘，勘察期間地下水位埋深在1.00 m～2.50 m之間，地層設計參數(shù)見表1。

表1 地基設計參數(shù)推薦值

根據(jù)土力學理論，土體壓縮層為附加應力δZ=0.2自重應力δC(中、低壓縮性土)或0.1δC(高壓縮性土)處土層。同時，砂層在沉積過程中易形成緊密而不可壓縮的結構，故認為其為不可壓縮地基。經計算：填土高度在3 m及以上時，改建后地層沉降深度已達到粉土層。根據(jù)分層總和法，改建后，附加應力增加，老路基仍會發(fā)生沉降。沉降量應為S=(δZ2-δZ1)h/Es，Es為受老路荷載影響后土層壓縮模量。

選取模擬斷面路堤高度為5 m，地基計算深度至粉土層，模型如圖1所示。

3 計算結果分析

3.1老路固結度分析

根據(jù)調查及地勘資料，老路已通車運營17年，原有地基處理方式為超載預壓及塑料排水插板，經分析計算，老路基以下地基土固結度約為85%，基本完成固結。改建后，受拼接及通車影響，老路殘余沉降量約為6 cm，見圖2。

老路基在多年運營中，自身變形已趨于穩(wěn)定，但由于新路基的拼接，在路堤土體自重及行車荷載所產生的附加應力作用下，老路沉降的穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，產生附加沉降。設計中，依據(jù)老路殘余變形量對加寬范圍內軟基進行處理，通過調整樁間距等手段使新老路基協(xié)調變形，避免不均勻沉降。

3.2加寬荷載作用下沉降分析

圖3為老路加寬過程中，新老路基底部的沉降變形量。由圖3中可以看出，加寬荷載作用下，沉降變形量呈倒鐘型分布，新老路基底部沉降量最大，達到23 cm，沉降變形向兩邊逐漸減小。老路土路肩范圍以內，沉降變形趨于穩(wěn)定，約5 cm。

通過分析可以看出，加寬荷載作用下，老路坡腳范圍內沉降最大，從坡腳向兩側逐漸減小，遞減的程度在老路基頂寬處出現(xiàn)拐點，拐點向路基內側影響緩慢減小；

在拼寬路基工況下，地表最大沉降在現(xiàn)狀坡腳附近。拼寬路基在實施前，為有效降低工后沉降，原坡腳附近2 m區(qū)域舊填土應盡量清除，或重點進行地基處理。

3.3通車荷載作用下沉降分析

圖4為加寬后通車運營期間，新老路基底部的沉降變形量。由圖4中可以看出，通車荷載作用下，沉降變形量依舊呈倒鐘型分布，老路土路肩處沉降量最大，達到11 cm，沉降變形向兩邊逐漸減小。

通過分析可以看出，通車后，最大沉降出現(xiàn)在老路土路肩處。設計過程中，為盡可能減少運營期工后沉降，地基處理影響范圍應至老路路基邊緣，增大地基處理面積，避免不均勻沉降導致老路土路肩處出現(xiàn)凹陷，影響道路安全運營。

4 結語

1)道路改建后，由于附加應力增加，老路會產生殘余沉降，沉降量S=(δZ2-δZ1)h/Es，Es為受老路荷載影響后土層壓縮模量。改擴建設計中，考慮到老路基底土固結程度，應對老路地基進行勘察，確定老路殘余沉降量。

2)道路加寬施工期及運營期中，地表最大沉降在現(xiàn)狀坡腳及老路土路肩處，設計施工時，應結合原有邊坡坡率進行削坡處理，增大地基處理面積，地基處理影響范圍應至老路路基邊緣，減少新老路基不均勻沉降。

3)為實現(xiàn)新老路基協(xié)調變形，設計中應根據(jù)填土高度、軟土厚度分段進行計算，合理確定軟基處理方案。

[1] 張軍輝，黃曉明，彭 嫻.軟土路基上高速公路雙側加寬工程的數(shù)值分析[J].公路交通科技,2007(3):20-24.

[2] 唐朝生，劉義懷，施 斌，等.新老路基拼接中差異沉降的數(shù)值模擬[J].中國公路學報,2007(3):13-17.

[3] 傅 珍，王選倉，陳星光，等.新舊地基不同固結程度對拓寬路基差異沉降的影響[J].公路,2008(5)：9-12.

[4] JTG/T L11—2014,高速公路改擴建設計細則[S].

[5] 陳 欣.滬寧高速公路拼寬工程路基變形特性研究[D].南京:河海大學,2008.

Analysisofsettlementofjointingofnewandoldroadbedonsoftsoilfounfation

HongTingLiMing

(AnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

For the purpose of investigating the settlement problem occurred in jointing the new and old roadbed of the extended freeway, which was chosen as an example and was analyzed by appiling GE05. It is indicated from the results that the largest settlement occurs in jointing of new and old roadbed during widening under the action of new embankment, the largest settlement occurs in road shoulder during operation period under the driving, based on the settlement analysis, the treatment range of the new and old roadbed on soft soil foundation is proposed.

soft soil founfation, jointing, analysis of settlement

1009-6825(2017)32-0117-02

2017-09-01

洪 挺(1977- )，男，高級工程師; 李 明(1987- )，男，工程師

TU471.8

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