改擴(kuò)建公路路基控制差異沉降處治技術(shù)綜述

岳海先　冉龍飛

摘? 要：文章主要介紹三種控制拓寬路基差異沉降的處治措施，即分層填筑優(yōu)質(zhì)填料、地基處治以及加鋪土工合成材料。分別分析三種處治技術(shù)的控制效果并分別分析出每個(gè)處治措施中最佳的處治方案。

關(guān)鍵詞：改擴(kuò)建公路;路基;差異沉降

中圖分類號(hào)：U418.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）17-0158-02

Abstract： This paper mainly introduces three kinds of treatment measures to control the differential settlement of widened roadbed， that is， layered filling of high quality filler， foundation treatment and adding geosynthetics. The control effects of the three treatment techniques are analyzed respectively and the best treatment scheme in each treatment measure is analyzed respectively.

Keywords： reconstruction and expansion of highway; roadbed; differential settlement

引言

改擴(kuò)建工程中出現(xiàn)較多病害的主要原因?yàn)樾屡f路基差異沉降過大，通過分析新老路基填料的差異性影響可知，當(dāng)采用優(yōu)質(zhì)填料時(shí)可大大降低新舊路基差異沉降的影響，但在道路施工過程中路基填筑采用的填料往往就地取材，質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致拓寬路堤穩(wěn)定性差加劇了路基的沉降。如果全部換成優(yōu)質(zhì)材料，雖然能極大降低差異沉降的影響但造價(jià)過高不經(jīng)濟(jì)，因此建議通過兩種途徑進(jìn)行處理：第一，對(duì)就地取材的路基填料進(jìn)行處理，使填料性能得到改善;第二，優(yōu)質(zhì)填料與劣質(zhì)填料結(jié)合填筑。本文主要介紹第二種改善措施，第二種改善措施分兩種情況，第一，優(yōu)質(zhì)填料與劣質(zhì)填料分層填筑;第二，將優(yōu)質(zhì)填料與劣質(zhì)填料混合填筑，改善整體性能。此外，控制差異沉降的技術(shù)措施還有許多，本文重點(diǎn)介紹地基處理技術(shù)和土工合成材料處理技術(shù)。

1 填筑材料選取

當(dāng)優(yōu)質(zhì)填料從上至下填筑時(shí)對(duì)應(yīng)的大差異沉降量明顯低于優(yōu)質(zhì)填料從下至上填筑，同時(shí)，當(dāng)采用由上至下的填筑方式時(shí)，優(yōu)質(zhì)填料填筑一層時(shí)，大拓寬路基表面大差異沉降減少速率大，之后隨著填筑層數(shù)的增加大差異沉降減少速度變小并趨于穩(wěn)定，而當(dāng)優(yōu)質(zhì)填料采用由下至上的填筑方式時(shí)，填筑一層與填筑五層時(shí)拓寬路基表面大差異沉降減小幅度明顯小于填筑二層、三層和四層時(shí)的減小幅度。通過上述分析，建議在拓寬工程中，當(dāng)填料的選擇受到限制時(shí)，可選擇優(yōu)質(zhì)填料與劣質(zhì)填料分層填筑的方式減少差異沉降的影響，并且采用由上至下的填筑方式進(jìn)行填筑即優(yōu)質(zhì)填料填筑在劣質(zhì)填料上方，同時(shí)當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)，可填筑一層優(yōu)質(zhì)填料即可大幅度減小差異沉降量;當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)，可根據(jù)具體情況確定優(yōu)質(zhì)材料填筑的層數(shù)。

2 地基處理技術(shù)

新路堤的加載導(dǎo)致地基發(fā)生沉降尤其在軟土地基路段，工后沉降較大，而舊地基已沉降穩(wěn)定，附加沉降量較小， 終致使地表產(chǎn)生差異沉降，當(dāng)新舊地基差異沉降量過大時(shí)將反映到路面導(dǎo)致路面開裂，影響行車安全。因此有必要對(duì)地基采取加固措施以減少差異變形的影響。隨著地基彈性模量增加，整個(gè)拓寬路基及地基的沉降量在大幅度減少，而且在地基范圍內(nèi)沉降減少深度隨著模量增加而不斷擴(kuò)大。新路堤坡腳外側(cè)隆起量隨著地基模量增加而減少，而且地基內(nèi)的隆起范圍逐漸縮小。地基彈性模量對(duì)拓寬路基差異沉降的影響效果十分顯著，當(dāng)?shù)鼗膹椥阅Ａ繌?.5MPa增加至8MPa的過程中，新老路堤表面大差異沉降量減少幅度較大，減少了61.37%，當(dāng)?shù)鼗膹椥阅Ａ坑?MPa增加至20MPa過程中，拓寬路堤表面大差異沉降量減少程度變緩，減少幅度約為20%。由此可見當(dāng)?shù)鼗鶑椥阅Ａ枯^低時(shí)，提高地基的彈性模量能有效地減少拓寬路基表面差異沉降，但增加到一定界限時(shí)，再增大彈性模量的成效不佳，也從側(cè)面反映出對(duì)軟基處理的重要性。

3 土工合成材料處治技術(shù)

土工合成材料有許多種類，公路中的加筋材料常選用土工格柵，在改擴(kuò)建公路中土工格柵常常用于新舊路基銜接處，土工格柵作用機(jī)理如下：

（1）路基填料為一般土體，有一定的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度但抗拉強(qiáng)度較弱，路堤邊坡容易失穩(wěn)。而土工格柵具有較強(qiáng)的抗拉能力，兩者結(jié)合形成復(fù)合體可以增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性和抗拉能力。同時(shí)土工格柵與土體產(chǎn)生摩擦作用，將土體牢牢鎖住，限制土體產(chǎn)生側(cè)向位移，使新舊路基牢牢結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定整體，并且土工格柵能有效地分散路基承受的應(yīng)力作用，減少沉降變形。

（2）土工格柵的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土體。路基的承載力開始主要依靠填土本身的抗剪強(qiáng)度，當(dāng)增加土工格柵后，路堤強(qiáng)度還包括了填土與土工格柵之間的摩阻作用以及土工格柵的抗拉作用，極大地增加了土體的承載能力。圖1為土工格柵在新老路堤搭接部位布置圖，為了分析不同加筋層數(shù)鋪設(shè)在不同位置時(shí)的效果差異，土工格柵布設(shè)位置為：第一層布設(shè)在新路基底部，依次向上1m分別布設(shè)第二層、第三層、第四層、第五層。

布設(shè)一層土工格柵與未加筋相比，拓寬路基沉降變形及水平位移都有較小的變化，分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是軟基厚度較厚，本文軟基厚度達(dá)到11.5m，參考國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究成果得知，當(dāng)軟基厚度較小時(shí)，加筋可以明顯減少拓寬路基及地基的沉降變形以及水平位移量且影響范圍較大;當(dāng)軟基厚度較大時(shí)，加筋不僅對(duì)拓寬路基及地基的沉降變形以及水平位移量減少幅度較小且影響深度也變小。但當(dāng)新老路堤結(jié)合部位必須布設(shè)一層土工格柵時(shí)，布設(shè)在新路堤底部第一層時(shí)，效果好。同時(shí)由于鋪設(shè)土工格柵對(duì)水平位移及沉降影響較小，因此為簡(jiǎn)化工作，后續(xù)分析指出拓寬路基頂面沉降曲線圖。

當(dāng)布設(shè)一層土工格柵時(shí)，布設(shè)在第一層時(shí)效果佳，因此分析兩層土工格柵布設(shè)的最佳位置時(shí)，將其中一層土工格柵布設(shè)的位置設(shè)置在第一層上，另一層布設(shè)位置依次變化。當(dāng)布設(shè)兩層土工格柵時(shí)，布設(shè)在四個(gè)不同位置引起的變化十分微小，幾乎不變。當(dāng)土工格柵布設(shè)在第一層和第二層時(shí)，拓寬路基表面豎向變形峰值為10.538cm，小沉降值為3.269cm，大差異沉降量為7.269cm，同理依次得出土工格柵布設(shè)在第一層和第三層、第一層和第四層時(shí)及第一層和第五層時(shí)大差異沉降值分別為：7.269cm、7.269cm、7.268cm，未加筋時(shí)拓寬路基頂面大差異沉降量為7.275cm。同樣地鋪設(shè)兩層土工格柵對(duì)拓寬路堤頂面差異沉降影響也十分微小，但當(dāng)結(jié)合部位必須布設(shè)兩層土工格柵時(shí)，布設(shè)在新路基第一層和第五層時(shí)，效果好。鋪設(shè)兩層土工格柵最佳位置為第一層+第五層，將其作為鋪設(shè)三層土工格柵時(shí)其中的兩個(gè)位置，第三個(gè)位置發(fā)生變化，土工格柵位置分別布設(shè)在第一層+第五層+第二層、第一層+第五層+第三層、第一層+第五層+第四層時(shí)，對(duì)應(yīng)的新老路堤表面大差異沉降值分別為：7.269cm、7.269cm、7.268cm，未加筋時(shí)拓寬路堤表面大差異沉降值為7.275cm。同樣地鋪設(shè)三層土工格柵對(duì)拓寬路基表面差異沉降影響也十分微小，但當(dāng)結(jié)合部位必須布設(shè)三層土工格柵時(shí)，布設(shè)在新路基底部第一層、第五層及第四層時(shí)，效果好。同樣地鋪設(shè)四層土工格柵對(duì)拓寬路堤頂面差異沉降變形影響也十分微小，但當(dāng)結(jié)合部位必須布設(shè)四層土工格柵時(shí)，只要其中三個(gè)位置為第一層、第五層和第四層，第四個(gè)位置布設(shè)在第二層和第三層時(shí)效果相同。結(jié)合部位無論是單層加筋還是多層加筋，土工格柵對(duì)拓寬路基表面沉降影響都較小，但是王景等人借助Geo-slope軟件分析出土工格柵能夠有效地提高拓寬路基的整體穩(wěn)定性并且同時(shí)可以提高新路基的安全系數(shù)，建議采用多層加筋措施，因此建議對(duì)于矮路堤，可以設(shè)置一層土工格柵，布設(shè)在路基底部，對(duì)于高路堤建議每層臺(tái)階均布設(shè)土工格柵。對(duì)于其他情況再依據(jù)具體情況進(jìn)行層數(shù)及位置的選擇。

4 結(jié)束語

本文主要介紹三種控制拓寬路基差異沉降的處治措施，即分層填筑優(yōu)質(zhì)填料、地基處治以及加鋪土工合成材料。分別分析三種處治技術(shù)的控制效果并分別分析出每個(gè)處治措施中最佳的處治方案，在新舊路基結(jié)合部位添加土工格柵控制拓寬路基差異沉降的影響，有限元分析得出無論是單層加筋還是多層加筋，其對(duì)拓寬路基表面沉降影響都較小，但當(dāng)結(jié)合部位必須布設(shè)一層土工格柵時(shí)布設(shè)在新路基底部第一層時(shí)，效果好;當(dāng)布設(shè)兩層土工格柵時(shí)布設(shè)在新路基第一層和第五層時(shí)，效果好;當(dāng)布設(shè)三層土工格柵時(shí)布設(shè)在新路基第一層、第五層及第四層時(shí)，效果好;當(dāng)布設(shè)四層土工格柵時(shí)，只要其中三個(gè)位置為第一層、第五層和第四層，第四個(gè)位置布設(shè)在第二層和第三層時(shí)效果相同。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅珍.高速公路拓寬工程路基差異沉降及控制技術(shù)研究[D].陜西：長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[2]黃琴龍，凌建明，唐伯明，等.舊路拓寬工程的病害特征和機(jī)理[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32（02）：197-201.

[3]張湧，等.高等級(jí)公路路基病害分析與防治技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4]王文洋.一級(jí)公路路基拓寬差異沉降影響因素及控制標(biāo)準(zhǔn)分析[D].安徽：合肥工業(yè)大學(xué)，2015.