舊路拓寬改造時(shí)新舊路基不均勻沉降的研究

朱濤

摘要 隨著城市快速發(fā)展，道路拓寬改造已成為城市建設(shè)的重要部分。然而，新舊路基不均勻沉降是舊路拓寬改造中不可避免的問題，嚴(yán)重影響道路使用壽命和交通安全。基于此，文章立足工作實(shí)踐，通過分析新舊路基不均勻沉降的機(jī)理和影響因素，探討了其相應(yīng)的控制技術(shù)，并提出了相關(guān)建議及策略，為我國(guó)公路拓寬改造工程建設(shè)提供了一定的理論和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞 舊路拓寬改造；新舊路基不均勻沉降；病害機(jī)理；影響因素；控制技術(shù)

中圖分類號(hào) U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）05-0123-03

0 引言

隨著城市人口和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路交通壓力日益加大。在城市道路拓寬改造過程中，舊路拓寬改造已成為增加道路通行能力的主要手段。然而，在舊路拓寬改造中，新舊路基不均勻沉降是一個(gè)普遍存在的問題，嚴(yán)重影響道路使用壽命和交通安全。因此，加深舊路拓寬改造時(shí)新舊路基不均勻沉降的研究，已成為舊路拓寬改造中的重要課題。該文旨在探討新舊路基沉降變形特征，研究其產(chǎn)生的原因和解決方案，對(duì)我國(guó)道路拓寬改造工程的高質(zhì)量建設(shè)具有重要意義。

1 新舊路基不均勻沉降研究與控制的重要意義

1.1 新舊路基不均勻沉降概念

在道路拓寬或改造過程中，新建路基與原有舊路基之間由于地質(zhì)條件、承載能力、沉降特性等方面的差異，導(dǎo)致沉降速度和程度不一致的現(xiàn)象稱為新舊路基不均勻沉降[1]。不均勻沉降會(huì)降低道路的使用壽命和行車安全性。因此，在道路拓寬或改造工程中，需采取一定的措施來處理和預(yù)防新舊路基不均勻沉降問題。

1.2 新舊路基不均勻沉降研究與控制的重要意義

我國(guó)公路交通量逐年遞增，早期建設(shè)的公路已難以滿足城市發(fā)展需要，導(dǎo)致公路舒適、快捷的功能難以充分發(fā)揮。因此，開展舊路拓寬改造已成為公路建設(shè)行業(yè)的重要任務(wù)之一。但在新舊路基連接中，常出現(xiàn)不均勻沉降問題，導(dǎo)致路基路面發(fā)生開裂、滑移等現(xiàn)象。

當(dāng)前，我國(guó)在舊路拓寬改造方面實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，相關(guān)的設(shè)計(jì)及計(jì)算理論尚不成熟，導(dǎo)致部分舊路拓寬改造工程建設(shè)效果不理想，開通運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后即出現(xiàn)縱向開裂問題。因此，對(duì)新舊路基結(jié)構(gòu)銜接的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，分析新舊路基不均勻沉降機(jī)理，制定出可行的解決方案顯得尤為重要。通過開展深入的研究，有助于保證公路改擴(kuò)建工程的高質(zhì)高效開展，為類似拓寬改造工程提供更為科學(xué)的設(shè)計(jì)及施工依據(jù)[2]。

2 新舊路基不均勻沉降病害及其成因

2.1 新舊路基不均勻沉降常見病害

舊路通過拓寬改造雖能有效提高交通運(yùn)輸能力，但在運(yùn)營(yíng)期間易出現(xiàn)大量病害，如路基失穩(wěn)、路面結(jié)構(gòu)損壞、邊坡坍塌、新舊路基結(jié)合部位邊坡強(qiáng)度不足等病害，給公路正常運(yùn)營(yíng)、人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2.1.1 路基失穩(wěn)

在舊路拓寬改造過程中，新舊路基銜接是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)[3]。然而，新舊路基經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)銜接處滑動(dòng)問題，特別是在地基土質(zhì)較軟弱、坡勢(shì)較陡以及高填方路堤結(jié)構(gòu)地帶。若未得到及時(shí)處治，會(huì)引發(fā)整體坍塌等安全事故。此外，滑動(dòng)問題會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向裂縫，一旦雨水滲入裂縫，會(huì)進(jìn)一步降低路基結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。

2.1.2 路面結(jié)構(gòu)損壞

新舊路基出現(xiàn)不均勻沉降，會(huì)引發(fā)路面破損問題，進(jìn)而影響道路使用壽命。路面材質(zhì)不同，破損情況不同。例如，水泥路面易出現(xiàn)脫空問題，進(jìn)而導(dǎo)致板塊斷裂；而瀝青路面的結(jié)合料松散，拼接處會(huì)出現(xiàn)開裂或面層破碎情況，嚴(yán)重影響路面的穩(wěn)定性和耐久性。

2.1.3 邊坡病害

在公路拓寬改造過程中，新舊路基沉降不均可能導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。自然水滲入時(shí)，會(huì)加劇邊坡的病害問題，如淺層滑坡、侵蝕剝落等，嚴(yán)重影響公路工程的后期運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性和長(zhǎng)期效益。

2.2 新舊路基不均勻沉降原因分析

2.2.1 路基結(jié)構(gòu)不同

新舊路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，新路基在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了更多的加強(qiáng)措施，如較厚的路基層、更密實(shí)的壓實(shí)度等，而舊路基的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則可能較簡(jiǎn)單。因此，在新舊路基接口處，由于路基結(jié)構(gòu)的差異性，沉降的速度和大小不同，導(dǎo)致新舊路基不均勻沉降[4]。

2.2.2 土質(zhì)條件不同

新舊路基所處的土質(zhì)條件不同，土質(zhì)穩(wěn)定性和可壓縮性亦不同[5]。新路基所處的土壤可能較為松散，而舊路基則可能因?yàn)榻?jīng)過多年的固結(jié)，土質(zhì)較為緊實(shí)。因此，在新舊路基接口處，土質(zhì)的不同也會(huì)導(dǎo)致沉降的速度和大小不同，變形規(guī)律如圖1所示。

2.2.3 環(huán)境因素影響

土壤的含水量、降雨量以及溫度等因素，均會(huì)對(duì)新舊路基的沉降產(chǎn)生影響。例如，當(dāng)土壤的含水量增加時(shí)，土壤吸水膨脹程度增大，引起土壤體積的增大，因而對(duì)路基的沉降產(chǎn)生影響。此外，當(dāng)溫度變化時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致土壤體積的變化，進(jìn)而影響路基的穩(wěn)定性。

2.2.4 壓實(shí)度不同

新路基為近期施工，壓實(shí)度高，土壤顆粒之間結(jié)合緊密，承載能力較強(qiáng)，而舊路基由于使用時(shí)間較長(zhǎng)，壓實(shí)度會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致土壤顆粒之間的結(jié)合變松散，承載能力下降，造成新舊路基壓實(shí)度不同，從而導(dǎo)致不均勻沉降的問題。此外，新舊路基不同的施工工藝也會(huì)影響壓實(shí)度的不同。例如，在新路基施工時(shí)，可采用先填土再進(jìn)行壓實(shí)的工藝，以確保土壤結(jié)實(shí)緊密，承載能力較強(qiáng)。而舊路基的施工工藝可能較為簡(jiǎn)單，且缺乏現(xiàn)代化的壓實(shí)設(shè)備和技術(shù)，因此壓實(shí)度較低，容易導(dǎo)致不均勻沉降的問題。

2.2.5 填料不同

填料材料是路基結(jié)構(gòu)的重要組成部分，承擔(dān)著支撐和分散荷載的功能[6]。然而，不同材料的填料具有不同的力學(xué)性能和沉降性能，從而在路基承載能力和沉降性能方面存在差異。新舊路基填筑材料來源廣泛，難以確保其一致性，進(jìn)而導(dǎo)致新舊路基沉降速率和大小不同。

2.2.6 人為因素

人為因素是新舊路基不均勻沉降的原因之一，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）設(shè)計(jì)不合理。在舊路拓寬改造過程中，設(shè)計(jì)方案不合理是導(dǎo)致新舊路基不均勻沉降的主要原因之一[7]。例如，新路基和舊路基之間未進(jìn)行足夠的土質(zhì)處理和加固，導(dǎo)致新舊路基之間的土質(zhì)差異過大，從而引起不均勻沉降。

（2）施工質(zhì)量差。新舊路基在施工過程中，若施工質(zhì)量不過關(guān)，會(huì)導(dǎo)致新舊路基不均勻沉降。例如，施工過程中沒有按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，壓實(shí)程度不夠或者新路基和舊路基之間的銜接處理不當(dāng)?shù)取?/p>

（3）維護(hù)不及時(shí)。拓寬改造工程投入使用后，若對(duì)道路的維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，例如雨季路面未及時(shí)排水或者路面漏修，均會(huì)導(dǎo)致路基受到不同程度的損壞，從而導(dǎo)致新舊路基的不均勻沉降。

3 新舊路基不均勻沉降的防治措施

3.1 做好地基勘察與評(píng)估

通過對(duì)地基的承載能力、沉降特性和交通荷載等因素的評(píng)估，為設(shè)計(jì)人員提供了重要數(shù)據(jù)，有助于制定合適的地基處理、加固和施工方案，降低新舊路基的不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)[8]。同時(shí)，地基勘察與評(píng)估可以發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)問題，如軟土層、膨脹土層或巖層裂縫等，及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，保證道路建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性。此外，地基勘察與評(píng)估還有助于合理設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，防止地基飽和度過高導(dǎo)致沉降風(fēng)險(xiǎn)增加。

3.2 強(qiáng)化地基處理

在道路拓寬改造中，新舊路基交接處存在承載能力不同、地質(zhì)條件復(fù)雜、沉降特性不一等問題，可能導(dǎo)致新舊路基發(fā)生不均勻沉降，影響道路使用壽命和行車安全。通過強(qiáng)化地基處理，可以對(duì)新舊路基交接處進(jìn)行針對(duì)性加固，提高其承載能力，使其在受到交通荷載作用時(shí)更穩(wěn)定。處理措施包括挖除不穩(wěn)定土層、換填高強(qiáng)度土、使用地基加固材料如土工布、土工格柵等，以改善地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)，提高地基的整體穩(wěn)定性，減小新舊路基間的沉降差異。

3.3 合理設(shè)置過渡段

在道路拓寬改造中，通過合理設(shè)置過渡段，可以在新舊路基交接處采取緩和的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方法，使得交通荷載得以逐漸傳遞，避免應(yīng)力集中。過渡段的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、新舊路基的承載能力和沉降特性等因素進(jìn)行，確保其長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)及材料都能滿足工程需求。除了有助于減小新舊路基間的沉降差異以外，過渡段的合理設(shè)置還能提高道路的整體穩(wěn)定性和使用壽命。

3.4 設(shè)計(jì)合理的排水系統(tǒng)

良好的排水系統(tǒng)能有效減輕地基土的飽和度，降低沉降風(fēng)險(xiǎn)，并有助于保持道路結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性[9]。在道路拓寬改造中，新舊路基交接處可能存在地質(zhì)條件復(fù)雜、沉降特性不一致等問題，導(dǎo)致地下水流動(dòng)不暢，從而引發(fā)不均勻沉降。通過設(shè)計(jì)合理的排水系統(tǒng)，可以確保新舊路基交接處的地下水流動(dòng)暢通，防止積水對(duì)地基土的飽和度過高，減輕沉降風(fēng)險(xiǎn)。排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地形、降雨量、土壤滲透性等因素，以提高排水效率。此外，排水系統(tǒng)可以采用溝渠、管道、透水管等多種形式，以適應(yīng)不同的工程需求。

3.5 使用土工合成材料

土工合成材料，如土工布、土工格柵、土工膜等，具有高強(qiáng)度、抗拉、耐腐蝕、抗老化等優(yōu)點(diǎn)。通過使用土工合成材料，可以加強(qiáng)新舊路基交接處的地基土，提高其承載能力和抗變形能力。土工合成材料在地基處理中起到篩分、加固、隔離、排水等作用，有助于減輕新舊路基間的沉降差異，提高道路的整體穩(wěn)定性和使用壽命。

此外，使用土工合成材料還能節(jié)約資源，降低工程成本。相較于傳統(tǒng)的地基處理方法，土工合成材料能更有效地改善土層性能，減少填土厚度、挖掘范圍及施工時(shí)間，從而降低工程成本。

3.6 加強(qiáng)施工質(zhì)量控制

高質(zhì)量的施工可以確保地基處理、加固和道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低新舊路基間的沉降差異。在整個(gè)施工過程中，通過加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案和施工規(guī)范進(jìn)行操作，確保地基處理和加固措施得到有效執(zhí)行。同時(shí)，通過對(duì)施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)，包括土方開挖、填土壓實(shí)、排水系統(tǒng)安裝、土工合成材料鋪設(shè)等，可確保施工質(zhì)量符合要求。此外，通過加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，對(duì)施工過程進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，可以在問題出現(xiàn)時(shí)及時(shí)采取相應(yīng)的糾正措施，防止問題進(jìn)一步擴(kuò)大，影響道路質(zhì)量。

3.7 設(shè)置伸縮縫

伸縮縫作為一種特殊的道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可設(shè)置在新舊路基交接處，以容納沉降引起的位移。通過設(shè)置伸縮縫，將應(yīng)力集中進(jìn)行分散，避免道路結(jié)構(gòu)受到過大的應(yīng)力，減輕道路結(jié)構(gòu)的損壞風(fēng)險(xiǎn)。伸縮縫的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮道路材料、交通荷載、氣候條件、沉降預(yù)測(cè)等因素，以保證其尺寸、位置和形式能夠滿足實(shí)際需求。

3.8 維護(hù)與監(jiān)測(cè)

道路拓寬改造投入使用后，應(yīng)定期對(duì)道路結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)、伸縮縫等關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查、維修和更新，確保道路結(jié)構(gòu)的完整性和安全性[10]。主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）通過后期維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)因不均勻沉降導(dǎo)致的損壞，如裂縫、變形等，防止問題擴(kuò)大，影響道路功能。定期對(duì)道路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，包括清理排水系統(tǒng)、修補(bǔ)裂縫和更換損壞的伸縮縫材料等，有助于延長(zhǎng)道路使用壽命，提高道路質(zhì)量。

（2）通過對(duì)新舊路基交接處的沉降、應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)、測(cè)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的不均勻沉降問題，為采取進(jìn)一步的處理措施提供依據(jù)。此外，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以幫助工程師評(píng)估道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，指導(dǎo)后期維護(hù)和修復(fù)工作。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國(guó)公路建設(shè)的不斷推進(jìn)，公路拓寬改造項(xiàng)目越來越多。在公路拓寬改造過程中，新舊路基不均勻沉降問題一直困擾著廣大工程建設(shè)者，也關(guān)系著拓寬改造項(xiàng)目建設(shè)的成敗，必須采取行之有效的控制措施。該文深入剖析了新舊路基不均勻沉降的原因及其影響因素，提出了切實(shí)可行的處治技術(shù)及建議，對(duì)我國(guó)公路拓寬改造工程的實(shí)施具有一定的參考價(jià)值。

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