设计阶段旧路拓宽项目预防路基不均匀沉陷的技术方案研究

于　波

(黑龙江省公路工程质量监督站，黑龙江 哈尔滨　150000)



设计阶段旧路拓宽项目预防路基不均匀沉陷的技术方案研究

于波

(黑龙江省公路工程质量监督站，黑龙江 哈尔滨150000)

摘要：针对市区旧路拓宽改造问题，分析了路基在拓宽过程中比较常见的不均匀沉降病害，希望在项目设计阶段就摸清旧路在加宽中路基沉降的变形规律，并提出防止其沉降变形的技术方案，在稳定控制沉降标准的状态下就完成旧路拓宽工程。

关键词：旧路拓宽；路基不均匀沉降；变形规律；计算方法

1旧路拓宽项目路基沉降变形规律研究

1.1路基沉降变形的特征阐述

路基沉降变形会发生于旧路拓宽工程中的根本原因就在于新旧地基在土力学的作用下产生了巨大的附加应力，这种附加应力直接导致了路基的沉降变形。就以均质地基为例，在施工中，竖向附加应力较大的受力点，其沉降变形的几率也就相应偏大。可以这样理解路基沉降变形的分布规律，即沉降变形与路基中附加应力的分布规律相对应。正常讲，由旧路拓宽所增加荷载而产生的沉降变形基本处于半对称状态，如果以路基的横断面为基准，其沉降变形应该是中间偏大两边偏小的正盆形分布，也就是加宽荷载的变形中心位置就是最大附加应力的水平对应点，这就形成了旧路拓宽时新旧地基表面的横断面沉降变形趋势。

1.2旧路拓宽项目路基不均匀沉降的变化规律

在经过了多次旧路拓宽项目的实践证明，随着路面及路基拓宽宽度的增加，新旧地基的变形形态不会出现过于明显的变化，一般会沿半对称基准呈现路基横断面，正如上一段所说的正盆形不均匀沉降结构。路基也会随着路面拓宽的宽度而增加沉降度，其原因就在于附加荷载随着旧路基宽度的增加而逐渐变大。另一方面，新路基的最佳沉降点位置也会由于加宽荷载的形心而产生外侧移动现象。

因为路的地基表面变形会完全反映到路基顶面部位，所以路面拓宽时，地基沉降最大点的位置就会随着路基宽度的变化而受到直接影响，新路基也会随着顶面的沉降发生形态变化。假设一条高度为5 m，坡度比例为1∶1.5的双行线四车道，如果按照图1中加宽一条车道，加宽路面的形心垂线就会和路基顶面地面发生相交，相交点即为所加宽路基的路肩外侧和旧路路基的坡脚内侧位置。可以理解为路基的最大沉降也一定会发生于所拓宽旧路路堤的路肩外侧部分。如果基于图1再加宽1条车道，那么路表的最大沉降就会发生在旧路加宽路基硬路肩的右侧部位，而地面的最大沉降应该发生在旧路基的左侧位置。此时在拓宽两条旧路车道后，路基顶面沉降也会发生一定变形，让路基沉降逐渐向路肩方向增大。而如果是加宽到三车道，正盆形的路基不均匀沉降就会形成。其中路基顶面的最大沉降变形点形态会直接影响到路面整体结构以及它的受力状态，随之发生的可能是对路面结构的严重破坏。也正是基于新旧路基的大反差沉降结果，一般新的路基横坡比变化会明显大于旧路基的横坡比变化，此时就要利用到一定措施缩小这种新旧路基由于路面拓宽而带来的不均匀沉降差异。

2旧路拓宽工程项目中预防路基不均匀沉降变形的计算方法研究

2.1不均匀沉降的构成及其计算方法

地基在受到路面顶部荷载重力压迫下产生压缩形变，长期以往就会引发地基沉降。当地基土由于被压缩而产生固结稳定状态时，也就代表了路基最终(最大)沉降量的出现。按照土力学的角度讲，路基的最终沉降成因要分为三个部分：主固结沉降、次固结沉降和瞬时沉降。主固结沉降来源与对饱和粘性土的受力荷载作用，粘性土由于受到压力挤压而渗透固结，粘性土孔隙间的水压力也会逐渐消失，造成土体积的压缩渗透固结；而次固结沉降则与超静孔隙水压力的受力压迫消散有关。受压后的土粒表面会与水膜发生蠕变，这种蠕变虽然时间缓慢但却能够造成最终的固结沉降效果；而瞬时沉降是当荷载施加后土体就会瞬间发生沉降效果。这种瞬时沉降多发生于一些饱和的土地地基中，当土中水还未能排除时，沉降所带来的压力就会让土体侧向变形。

我们假设主固结沉降为Sc，次固结沉降为Ss，而瞬间沉降为Sd，那么就有地基的最终沉降量应该为S=Sd+Sc+Ss。在设计阶段，要利用分层总和法来判断这三种沉降的变化，计算它们的比例，为可能出现的各种情况做好准备。

(1)对主固结沉降的计算分析

利用分层总结法对主固结沉降进行计算较为合理，其中要用到压缩模量E以及e-lgp曲线等等。这里所要用的e-lap曲线是计算主固结沉降的主要方法，它的计算公式应该基于路面地基分为正常固结、欠固结、超固结三种情况，依据这三种情况进行各自计算：在正常固结或欠固结的状态条件基础上，主固结沉降Sc就应该计算为

式中：cci为地基土层的压缩指数；p0i为地基中各个分层中点的自重应力；pci为前期固结压力。其中p0i=pci；

在超固结条件下，Δp

(2)对瞬时沉降的计算分析

Sd瞬时沉降如果在大应力荷载作用下，会造成地基的内侧剪切变形从而产生沉降。如果荷载施加后一般都会很快发生沉降。所以这种由软土地基侧向剪切变形而形成的瞬时沉降是不可忽视的，它基本占到总沉降发生比例的40%，而且对道路交通造成的损失也最大。瞬时沉降的理论计算公式如下

式中：P表示路面路堤地面中心垂直荷载最大值，E表示通过抗压试验所得到的弹性模量加权平均值，而F和B则分别表示路基路堤的中线沉降系数和1/2地面宽度。从理论上讲，弹性理论公式的计算值一般都偏小，这是因为土的弹性模量与泊松比很难精确测量所决定的，而且路基中泊松的压缩层硬度、厚度对瞬时沉降的影响也很难准确判断。所以我国在路基瞬时沉降的计算研究方面还处于尚未成熟的状态，还需进一步深入研究。

2.2路基沉降计算的常用方法

路基沉降存在两个方面，在旧路拓宽改造时由于填土料而造成的外荷载自重压力会使路基产生压缩变形，它的变形期是漫长的蠕变过程。而另一方面就是路基土在路堤荷载的作用下回产生压缩和固结变形，本文最为推荐的路基沉降计算方法是分层总和法。

分层总和法应用较为广泛是因为它所计算的沉降值精确且受影响因素小，在计算前我们首先要假定环境条件。

第一，要假设地基是均质的；其次，要假设地基土不会在受力压缩变形后不会产生侧向膨胀，这有利于在计算时采用基于完全侧限条件的压缩性指标；第三，假设所采用的路基基底中心点下可以随时计算地基的变形量；最后，如果以地基最终变形量为基底，则在一定深度范围内的压缩层中就可以计算各个土层压缩变形的总和。目前许多沉降计算方法都可以归为到分层总和法中来进行计算，比如规范法、单向压缩法等等，这些计算方法在设计阶段就能考虑路基固结应力的沉降计算值，比如我国所研究的三维压缩法就是基于分层总和法而得出的。

3总结

本文基于旧路拓宽工程项目中新旧路基的应力应变特性变化和沉降变形变化，给出了对路基不均匀沉降预防的最新算法和沉降标准控制标准，希望在如今要求越来越高的城市道路改造过程中得以合理应用，为城市建设更加规范、快捷和具有安全质量的行车道路。

参考文献：

[1]邵明亮.旧路加宽改建设计与施工技术研究[D].长安大学,2009：22-28.

[2]邵景干.郑漯高速公路加宽工程新旧桥梁拼接设计施工技术研究[J].公路交通技术,2009,(2):95-98.

[3]吴文英.城市道路拓宽改造的研究与实践[D].南京理工大学,2008：39-52.

The old road design stage on broadening the technical scheme of uneven settlement of subgrade and prevention project

YV Bo

(Heilongjiang Highway Engineering Quality Supervision Station,Harbin,Heilongjiang 150000,China)

Abstract:The application of the technology of preventing the uneven subsidence of the roadbed can improve the quality of the old road widening project. In this paper, the problem of widening of the old road in urban area is analyzed, and the uneven settlement of subgrade is analyzed, and the deformation law of the old road in the widening of the foundation settlement is proposed.

Keywords:the old road widening; the uneven settlement of the subgrade; deformation law; calculation method

中图分类号：U416.1

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0058-02

作者简介：于波(1969-)，男，高级工程师，研究方向：道路与桥梁工程。

收稿日期：2015-10-30