淺析高速公路擴建路基沉降特性及其影響因素
關鍵詞：高速公路,擴建,路基沉降,特性,影響因素
隨著我國市場經濟的的快速發(fā)展,人們駕車出行次數(shù)逐年增加,導致高速公路的交通量逐年遞增。由于早期修建高速公路時受當時各種條件制約，設計人員對對高速公路的交通量迅猛增長估計不足,一些營運量較大主要干道的高速公路呈現(xiàn)出交通量飽和態(tài)勢,經常出現(xiàn)嚴重的擁堵現(xiàn)象。對現(xiàn)有交通量過大的高速公路進行加寬擴建將成為今后公路發(fā)展的趨勢。對現(xiàn)有高速公路進行改擴建,在我國還是一個新生事物,國內對高速公路拓寬改建工程完成的較少,如何進行改建拓寬沒有可以參照的方案和成熟的理論,從設計到施工,沒有經驗可循,對公路拓寬工程設計、施工規(guī)范涉及也不多。
1. 高速公路擴建過程中的路基差異沉降及技術現(xiàn)狀
高速公路擴建工程中,由于地基處理不當引起的破壞形式主要表現(xiàn)在路堤的差異沉降。通常道路從建設到運營,再到拓寬,往往需要經過很長的時間，經過長時間各種荷載作用,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。也就是說道路拓寬施工之前,老路路基的固結沉降、次固結沉降己基本結束,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,在施工時對老路路肩產生擾動,新路基的填筑又會對擾動后的老路路基產生新的附加應力,在應力作用下會產生新的沉降,而新老路基的豎向變形不能保持一致,這就產生了差異沉降。同時,新建路堤的施工對原有結構物的影響也不可忽視,新路基填土超載預壓可能會引起路堤兩側的軟土地面上升撓曲,這種現(xiàn)象嚴重時可能會造成現(xiàn)有結構物失穩(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或傾斜。因此，在對現(xiàn)有高速公路改擴建工程方案分析中,研究發(fā)現(xiàn)工程實踐中最大的技術難題就是解決新老路基不均勻沉降導致路面縱向開裂和反射裂縫的問題。
目前，在我國雖然對已完成的高速公路加寬工程中積累了一些經驗,但對在軟土地基上拼接新路基時,防止新舊路基不均勻沉降還是沒有探索出技術可靠,經濟合理的方法能夠較好地解決這一問題。很多高速公路改擴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,對拓寬工程的相關成果大多數(shù)是建立在試驗的基礎之上,缺乏相應的理論支撐,所以，有必要結合實際工程對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問題進行研究,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依據(jù),確保工程的設計施工質量。
2. 差異沉降的特性分析及影響因素
建筑物基底在附加應力作用下,地基土內各點除了承受土自重引起的自重應力外,還要承受附加應力。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部分,即老路路基的沉降和拓寬路基的沉降。
(1)拓寬對差異沉降的影響
拓寬方式分為兩種，一種是單側加寬：差異沉降的增加和拓寬寬度的增加是不同步的。并且，當拓寬寬度較小時，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，路基最大沉降點越靠近道路內側，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。另一種是雙側加寬：與單側加寬相比，新舊路基的最大差異沉降略有減小。若對于相同的拓寬寬度，雙側加寬能使得加寬路堤重量分配到舊路兩側，將極大地改善新舊路基沉降曲線形態(tài)，對路面結構的受力也是有利的。另外，雙側拓寬可以減少拓寬所需土石方量。但是，雙側拓寬也加大了工程的施工難度。
(2)土基壓縮模量對差異沉降的影響
土基壓縮模量對拓寬路基頂面沉降曲線影響極大。首先，土基強度提高速度和沉降減小的速度不成比例，而是存在減速性。當提高相同的強度時，土基越軟弱，則對降低沉降的效果越明顯，這也從一個側面反映出對于軟弱地基進行處理的必要性。其次，土基在不同強度條件下，拓寬路基最大差異沉降也不同，總體上土基強度越低，拓寬后最大差異沉降越大。再者，土基強度變化時，拓寬路基頂面越遠離舊路中心點，沉降變化越明顯。
(3)沉降計算對差異沉降的影響
高速公路對地基要求甚高，在公路施工過程中，為了控制施工進度，指導后期的施工組織與安排，同時保證路基的穩(wěn)定與適用，需要對路基的最終沉降量進行計算預測。所以，沉降計算方法也是影響差異沉降的重要因素。不同的計算理論，有不同的衡量標準，由于現(xiàn)實條件的限制，我國還沒有相當科學的計算理論體系，只是盡可能科學的計算差異沉降。因此，會造成差異沉降的不同。
(4)路基高度對差異沉降的影響
對于拓寬公路，路堤越高，穩(wěn)定性越差，所產生的不均勻沉降也越嚴重，填土高度越小，新路基對舊路基的影響越小，舊路基的沉降越小，故沉降曲線前段越平緩;而因為填土高度小，舊路基對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?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.高速公路擴建路基工程建議
(1)路基穩(wěn)定性檢測
高速公路軟土地基沉降量的變化相當復雜,它與設計總沉降量的大小、觀測頻率、地質條件、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。因此需要對施工全過程分階段確定測量等級。首先，根據(jù)施工路段的具體情況,制定詳細的沉降觀測現(xiàn)場工作要點、工作程序,成立自上而下的沉降觀測工作管理體系。 其次，詳細制定各施工階段的沉降觀測方法、觀測精度標準,以及觀測數(shù)據(jù)匯總格式,確保沉降觀測數(shù)據(jù)的精確性和正確性。最后，基準點、工作基準點必須按規(guī)范要求制做和埋設,基準點、工作基點和沉降板觀測標的保護,要有一個具體措施,確保沉降觀測數(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，工程中對軟弱土基進行處理是十分必要的;路基的差異沉降導致的路面應力是很大的，只要路基差異沉降超過臨界值，路面銜接部必然會發(fā)生開裂現(xiàn)象。因此拓寬工程中應主要針對加寬部分地基以及路基進行處理，而沒有必要對路面銜接部進行防裂處理，但應適當進行封水處理。
(3)科學的沉降計算理論
不同的計算方法有不同的優(yōu)缺點，不同的適應范圍。在實際工程的沉降計算中，并不單純地依賴于某一種方法，只有對每一種計算方法的原理、優(yōu)缺點和計算結果的質量都有了了解之后才能在實際運用的過程中靈活地選擇適合的計算方法。目前我們對拓寬后舊路基的差異沉降還沒有成熟的理論來計算,而新舊路基的沉降差異主要是對老路路肩開挖后的道路結構體系的平衡被破壞和新路堤填筑后新老路基固結的速度不協(xié)調所引起的,而新填路基的沉降有較為成熟的理論計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)新中進一步發(fā)展。
4 結論
隨著我國綜合實力的提升，針對當前交通業(yè)的不斷發(fā)展，我國立志于將交通建設事業(yè)推向一個新的階段。在不斷避免現(xiàn)實障礙的同時，努力學習外國的現(xiàn)今技術，借鑒與創(chuàng)新相結合，走出一條具有“中國特色”的交通建設道路。
參考文獻：
[1]傅珍.高速公路拓寬工程路基差異沉降及控制技術研究.長安大學博士學位論文,2007.
[2]高捷婷.高速公路路基加寬方案的技術經濟比選分析.東北林業(yè)大學碩士學位論文,2009.
[3]高翔.高速公路新老路基相互作用分析與處理技術研究.東南大學博士學位論文,2006.
[4]張軍輝,軟土地基上高速公路加寬變形特性及差異沉降控制標準研究.東南大學博士學位論文,2006.
