淺析高速公路擴(kuò)建路基沉降特性及其影響因素

　　關(guān)鍵詞：高速公路,擴(kuò)建,路基沉降,特性,影響因素

　　隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的的快速發(fā)展,人們駕車出行次數(shù)逐年增加,導(dǎo)致高速公路的交通量逐年遞增。由于早期修建高速公路時(shí)受當(dāng)時(shí)各種條件制約，設(shè)計(jì)人員對(duì)對(duì)高速公路的交通量迅猛增長(zhǎng)估計(jì)不足,一些營(yíng)運(yùn)量較大主要干道的高速公路呈現(xiàn)出交通量飽和態(tài)勢(shì),經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的擁堵現(xiàn)象。對(duì)現(xiàn)有交通量過大的高速公路進(jìn)行加寬擴(kuò)建將成為今后公路發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)現(xiàn)有高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建,在我國(guó)還是一個(gè)新生事物,國(guó)內(nèi)對(duì)高速公路拓寬改建工程完成的較少,如何進(jìn)行改建拓寬沒有可以參照的方案和成熟的理論,從設(shè)計(jì)到施工,沒有經(jīng)驗(yàn)可循,對(duì)公路拓寬工程設(shè)計(jì)、施工規(guī)范涉及也不多。

　　1. 高速公路擴(kuò)建過程中的路基差異沉降及技術(shù)現(xiàn)狀

　　高速公路擴(kuò)建工程中,由于地基處理不當(dāng)引起的破壞形式主要表現(xiàn)在路堤的差異沉降。通常道路從建設(shè)到運(yùn)營(yíng),再到拓寬,往往需要經(jīng)過很長(zhǎng)的時(shí)間，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間各種荷載作用,路基下的地基土顆粒骨架之間的氣體和水分逐漸擴(kuò)散排出被荷載作用的地基體系,土顆粒重新排列后形成新的土體骨架,使得地基土顆粒之間變得更加緊密。也就是說(shuō)道路拓寬施工之前,老路路基的固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降己基本結(jié)束,地基幾乎不再發(fā)生沉降變形。但是拓寬工程一般是雙向加寬,在施工時(shí)對(duì)老路路肩產(chǎn)生擾動(dòng),新路基的填筑又會(huì)對(duì)擾動(dòng)后的老路路基產(chǎn)生新的附加應(yīng)力,在應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生新的沉降,而新老路基的豎向變形不能保持一致,這就產(chǎn)生了差異沉降。同時(shí),新建路堤的施工對(duì)原有結(jié)構(gòu)物的影響也不可忽視,新路基填土超載預(yù)壓可能會(huì)引起路堤兩側(cè)的軟土地面上升撓曲,這種現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)坍塌;而且新搭接路基土體向老路堤方向的擠壓可能引起老路堤的水平移動(dòng)或傾斜。因此，在對(duì)現(xiàn)有高速公路改擴(kuò)建工程方案分析中,研究發(fā)現(xiàn)工程實(shí)踐中最大的技術(shù)難題就是解決新老路基不均勻沉降導(dǎo)致路面縱向開裂和反射裂縫的問題。

　　目前，在我國(guó)雖然對(duì)已完成的高速公路加寬工程中積累了一些經(jīng)驗(yàn),但對(duì)在軟土地基上拼接新路基時(shí),防止新舊路基不均勻沉降還是沒有探索出技術(shù)可靠,經(jīng)濟(jì)合理的方法能夠較好地解決這一問題。很多高速公路改擴(kuò)建工程因在軟土地基處的地基處治效果不佳,通車不久后就出現(xiàn)了沿新舊路基拼接處縱向開裂等病害;同時(shí),對(duì)拓寬工程的相關(guān)成果大多數(shù)是建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,缺乏相應(yīng)的理論支撐,所以，有必要結(jié)合實(shí)際工程對(duì)高速公路拓寬工程中地基變形特性!新老路基拼接處地基處治方法及新老路面銜接等技術(shù)問題進(jìn)行研究,尋求比較合理的解決方法,以減少工后各種病害,為今后道路拓寬改造工程施工提供科學(xué)依據(jù),確保工程的設(shè)計(jì)施工質(zhì)量。

　　2. 差異沉降的特性分析及影響因素

　　建筑物基底在附加應(yīng)力作用下,地基土內(nèi)各點(diǎn)除了承受土自重引起的自重應(yīng)力外,還要承受附加應(yīng)力。在建筑物荷載作用下,基底地基土主要由于壓縮而引起的豎向方向的位移稱為沉降。一般拓寬路基的沉降分成兩個(gè)部分,即老路路基的沉降和拓寬路基的沉降。

　　(1)拓寬對(duì)差異沉降的影響

　　拓寬方式分為兩種，一種是單側(cè)加寬：差異沉降的增加和拓寬寬度的增加是不同步的。并且，當(dāng)拓寬寬度較小時(shí)，最大沉降發(fā)生在新路基路肩邊緣處，隨著拓寬寬度的增加，路基最大沉降點(diǎn)越靠近道路內(nèi)側(cè)，且在新路基出現(xiàn)反向橫坡，即在新路基出現(xiàn)凹陷，在雨季容易出現(xiàn)雨水積聚，使路面使用功能下降且造成路面水損害。另一種是雙側(cè)加寬：與單側(cè)加寬相比，新舊路基的最大差異沉降略有減小。若對(duì)于相同的拓寬寬度，雙側(cè)加寬能使得加寬路堤重量分配到舊路兩側(cè)，將極大地改善新舊路基沉降曲線形態(tài)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的受力也是有利的。另外，雙側(cè)拓寬可以減少拓寬所需土石方量。但是，雙側(cè)拓寬也加大了工程的施工難度。

　　(2)土基壓縮模量對(duì)差異沉降的影響

　　土基壓縮模量對(duì)拓寬路基頂面沉降曲線影響極大。首先，土基強(qiáng)度提高速度和沉降減小的速度不成比例，而是存在減速性。當(dāng)提高相同的強(qiáng)度時(shí)，土基越軟弱，則對(duì)降低沉降的效果越明顯，這也從一個(gè)側(cè)面反映出對(duì)于軟弱地基進(jìn)行處理的必要性。其次，土基在不同強(qiáng)度條件下，拓寬路基最大差異沉降也不同，總體上土基強(qiáng)度越低，拓寬后最大差異沉降越大。再者，土基強(qiáng)度變化時(shí)，拓寬路基頂面越遠(yuǎn)離舊路中心點(diǎn)，沉降變化越明顯。

　　(3)沉降計(jì)算對(duì)差異沉降的影響

　　高速公路對(duì)地基要求甚高，在公路施工過程中，為了控制施工進(jìn)度，指導(dǎo)后期的施工組織與安排，同時(shí)保證路基的穩(wěn)定與適用，需要對(duì)路基的最終沉降量進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)。所以，沉降計(jì)算方法也是影響差異沉降的重要因素。不同的計(jì)算理論，有不同的衡量標(biāo)準(zhǔn)，由于現(xiàn)實(shí)條件的限制，我國(guó)還沒有相當(dāng)科學(xué)的計(jì)算理論體系，只是盡可能科學(xué)的計(jì)算差異沉降。因此，會(huì)造成差異沉降的不同。

　　(4)路基高度對(duì)差異沉降的影響

　　對(duì)于拓寬公路，路堤越高，穩(wěn)定性越差，所產(chǎn)生的不均勻沉降也越嚴(yán)重，填土高度越小，新路基對(duì)舊路基的影響越小，舊路基的沉降越小，故沉降曲線前段越平緩;而因?yàn)樘钔粮叨刃�，舊路基對(duì)新路基的沉降影響作用也較小，舊路基坡腳線與新路基路肩間有相當(dāng)?shù)木嚯x，沉降曲線受舊路基邊坡影響發(fā)生漸變的效果不明顯，使得沉降曲線后段也比較緩和。

　　3.高速公路擴(kuò)建路基工程建議

　　(1)路基穩(wěn)定性檢測(cè)

　　高速公路軟土地基沉降量的變化相當(dāng)復(fù)雜,它與設(shè)計(jì)總沉降量的大小、觀測(cè)頻率、地質(zhì)條件、地基處理方式、填土速率、填土高度、沉降控制方法以及沉降穩(wěn)定狀態(tài)等因素有關(guān)。因此需要對(duì)施工全過程分階段確定測(cè)量等級(jí)。首先，根據(jù)施工路段的具體情況,制定詳細(xì)的沉降觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工作要點(diǎn)、工作程序,成立自上而下的沉降觀測(cè)工作管理體系。 其次，詳細(xì)制定各施工階段的沉降觀測(cè)方法、觀測(cè)精度標(biāo)準(zhǔn),以及觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總格式,確保沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的精確性和正確性。最后，基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基準(zhǔn)點(diǎn)必須按規(guī)范要求制做和埋設(shè),基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和沉降板觀測(cè)標(biāo)的保護(hù),要有一個(gè)具體措施,確保沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。

　　(2)確定土基壓縮模量

　　最大差異沉降的增加和土基壓縮模量的減小不成反比例。當(dāng)土基壓縮模量減小到一定程度，路基最大差異沉降將急劇增大，工程中對(duì)軟弱土基進(jìn)行處理是十分必要的;路基的差異沉降導(dǎo)致的路面應(yīng)力是很大的，只要路基差異沉降超過臨界值，路面銜接部必然會(huì)發(fā)生開裂現(xiàn)象。因此拓寬工程中應(yīng)主要針對(duì)加寬部分地基以及路基進(jìn)行處理，而沒有必要對(duì)路面銜接部進(jìn)行防裂處理，但應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行封水處理。

　　(3)科學(xué)的沉降計(jì)算理論

　　不同的計(jì)算方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，不同的適應(yīng)范圍。在實(shí)際工程的沉降計(jì)算中，并不單純地依賴于某一種方法，只有對(duì)每一種計(jì)算方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量都有了了解之后才能在實(shí)際運(yùn)用的過程中靈活地選擇適合的計(jì)算方法。目前我們對(duì)拓寬后舊路基的差異沉降還沒有成熟的理論來(lái)計(jì)算,而新舊路基的沉降差異主要是對(duì)老路路肩開挖后的道路結(jié)構(gòu)體系的平衡被破壞和新路堤填筑后新老路基固結(jié)的速度不協(xié)調(diào)所引起的,而新填路基的沉降有較為成熟的理論計(jì)算可以得到解析解基于這種情況的限制,我們將在今后的理論創(chuàng)新中進(jìn)一步發(fā)展。

　　4 結(jié)論

　　隨著我國(guó)綜合實(shí)力的提升，針對(duì)當(dāng)前交通業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)立志于將交通建設(shè)事業(yè)推向一個(gè)新的階段。在不斷避免現(xiàn)實(shí)障礙的同時(shí)，努力學(xué)習(xí)外國(guó)的現(xiàn)今技術(shù)，借鑒與創(chuàng)新相結(jié)合，走出一條具有“中國(guó)特色”的交通建設(shè)道路。

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