拓宽路基差异沉降防治技术研究

朱 佟 佟

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)



拓宽路基差异沉降防治技术研究

朱 佟 佟

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

基于国内学者对高速公路拓宽改建工程的研究成果，探讨了拓宽改建工程中遇到的差异沉降问题，从边坡削坡、开挖台阶、使用轻型填料、使用土石合成材料等方面，阐述了旧路拓宽改建工程中路基沉降控制措施，以保证公路路基的稳定性。

路基拓宽，差异沉降，边坡，填料

0 引言

改革开放以来，随着国民经济的快速增长，我国高速公路的建设势头十分迅猛。截止到2015年，我国高速公路通车总里程达到12.53万km，跃居世界第一。可是由于国内早期修建的高速公路受当时经济水平、技术水平以及建设思想的制约，绝大多数为双向四车道，随着国民经济的高速增长，部分四车道高速公路已经不能满足日益增长的交通量的需求，制约了当地社会经济的发展。因此，迫切需要扩大原有道路的通行能力，提高道路服务水平。解决这一问题的方法有两种：一种是在原有道路旁，近距离新建一条新的高速公路；另一种是在原有道路的基础上进行拓宽改建。陈胜营等[1]认为在原有道路旁新建一条高速公路的成本较大。因此现阶段我国提高老路通行能力的方法主要是在老路路基的基础上进行拓宽改建。

1 国内外高速公路改扩建现状

由于国外发达国家高速公路的设计理念比较超前，建成的多是六车道或八车道，有的甚至是十二车道，所以较少有大规模的拓宽改建工程，而且国外把道路中央的预留车道设计得较宽，其中一个重要原因就是便于将来道路的拓宽和翻新，由于预留车道坐落于老路基之上，不用重新设计新的拓宽路面，因此国外对于新老路基的相互作用和差异沉降的研究也相对较少。

受到当时建设理念与经济状况的制约，我国早期建成的高速公路多以四车道为主，可是这些高速公路从投入使用到车流量饱和只用了不到10年的时间，远远低于同等高速公路应有的寿命。目前，沪宁、广佛、沈大、京津等高速公路的拓宽改建工程多已结束，京沪、济青、沈山、宁通等高速公路的改扩建工程也正在进行中。

姜景山[2]认为在对旧高速公路进行拓宽改建时，由于原有路基经过多年的运营已基本沉降稳定或者剩余沉降量较小，而新路基和地基的沉降才刚刚开始，新老路基不可避免地产生较大的差异沉降。黄琴龙等[3]对旧路拓宽改建的病害研究表明，影响旧路拓宽工程性质的主要因素有：1)新老路基间的差异沉降；2)新老路基结合不良；3)路基路面整体抗变形能力差、路基不稳定；4)排水措施不完善等，其中新老路基间的差异沉降和不良结合是引起高速公路拓宽改建工程病害的最主要原因。因而，研究新老路基间差异沉降的防治方法对研究高速公路的拓宽改建具有十分重要的意义。

2 防治措施

2.1 边坡削坡

削坡的目的主要是清理原有路基边坡上的腐殖土、压实度不足的填土以及杂物等，保证削坡后边坡的土层具有较高的强度。削坡可以采用等坡度削坡法，也可以采用变坡度削坡法。等坡度削坡法就是在保证原有边坡坡度不变的情况下进行削坡，变坡度削坡法就是改变原有边坡坡度进行削坡，变坡度削坡法的削坡坡度一般大于原有边坡的坡度。在实际工程中，削坡所采用哪种方法主要看边坡土体和边坡下土层的具体情况而定。

2.2 台阶开挖

开挖台阶的目的主要是通过增加新老路基结合部位的接触面积，来加强新老路基的整体性。老路基边坡的台阶开挖形式主要有四种：标准式台阶、竖倾式台阶、内倾式台阶、内挖式台阶，四种台阶开挖形式各具有不同的优缺点，见表1，国内最常见的开挖形式是内倾式台阶。针对内倾式台阶，国内大多数改扩建工程采用2%～4%的内倾角，主要是利用了内倾角的嵌锁作用来加强新老路基之间的整体性。

表1 四种台阶开挖形式的优缺点

台阶开挖一般有两种顺序：一种是从上而下；另一种是从下而上。高翔[4]通过对这两种开挖方式的研究发现，虽然这两种开挖顺序的方式对填筑后新老路基表面的变形没有显著的区别，但是从下而上的开挖方式相对于从上而下的开挖方式更加有利于机械化施工，因此国内一般采用从下而上的开挖方式。

以往的工程资料认为台阶尺寸越小、数量越多、新老路基之间的接触面积越大越有利于新老路基的结合，提高新老路基的整体性，控制差异沉降，但是通过傅珍[5]对于台阶尺寸的研究发现，在台阶高度不变的情况下，随着台阶宽度的增加，路基的水平位移和沉降量逐渐降低；在台阶宽度不变的情况下，随着台阶高度的减少，路基的水平位移和沉降量逐渐减少。因此合理制定台阶尺寸，对控制差异沉降有很大影响。

2.3 选择合适的填料

在高速公路改扩建工程中选择合适的填料，应该以避免新路基的变形和减少新老路基的差异沉降为主要原则。由于填土材料的自重对改扩建工程的工后沉降有很大的影响，因此减少填土材料的自重可以有效避免新路基工后沉降过大。魏宏志[6]针对拓宽工程中出现的新路基压实度不足和新老路基间差异沉降的问题，提出选用轻质透水性好的填料。采用轻质透水性好的材料主要有两个优点：1)提高新路基的承载力，使之不易受到破坏；2)减小新 路基的自重荷载和新路基对老路基的附加荷载。

性能较好的轻质透水性材料主要以EPS[7]为代表，EPS材料有自重小、透水率高、强度大、抗冲击性能强等特点。EPS不仅可以降低新路基的重量减少工后沉降，还能保证新路基的稳定性，对减少基层的侧向位移也有重要影响。但是由于EPS材料的价格相对较高，因此没有在工程中得到大面积的使用。

2.4 土工合成材料的应用

土工合成材料是一种人工合成的新型材料，主要以多分子聚合物为原料制成各类产品，置于岩土体的表面、内部以及不同土层之间，增加土体的抗拉强度。土工合成材料应用于拓宽改建工程，主要是利用了其加筋、防水的特点。土工合成材料[8]不仅可以改善新老路基的受力特性，还可以约束其横向位移与纵向差异沉降、减少新路基的沉降和新老路基间的不均匀沉降、加强新老路基间的整体性。

目前使用最广泛的土工合成材料是土工格栅。土工格栅具有造价低、强度高、耐腐蚀、抗老化等优点。土工格栅加固地基的机理主要是：土工格栅与被加固材料之间产生的摩擦力、抗阻力、以及对上下填料的锁定作用。土工格栅在改扩建工程中的应用情况见图1。瑜璐[9]认为土工格栅在防止纵向裂缝的产生与扩散方面有重要影响。

3 结语

旧路拓宽改建工程的质量直接影响高速公路的运营及使用寿命，新老路基之间的差异沉降和不良结合是影响其质量的主要危害之一。针对差异沉降产生的主要原因，我们可以利用边坡削坡、开挖台阶、选择填料、应用土石合成材料等措施提高新路基的压实度和新老路基之间的整体性，预防差异沉降的产生，减少差异沉降产生后的危害，从而延长高速公路的使用寿命，提高高速公路的通行能力和服务水平。

[1] 陈胜营,刘祖祥.高速公路改扩建方案思考[J].公路,2001(7):102-103.

[2] 姜景山.考虑新老路基相互作用的软基高速公路拓宽变形性状分析[J].长江科学院院报，2012，29(5):32-39.

[3] 黄琴龙，凌建明，唐伯明，等.旧路拓宽工程的病害特征和机理[J].同济大学学报，2004，32(2):197-201.

[4] 高 翔.高速公路新老路基相互作用分析与处理技术研究[D].南京：东南大学，2006.

[5] 傅 珍.高速公路拓宽工程路基差异沉降及控制技术研究[D].西安：长安大学，2007.

[6] 魏宏志.轻质填土材料在高等级公路软基路堤中的应用[J].中外公路,2003,23(5):124-127.

[7] 胡海英，张玉成，乔有梁.EPS材料的特性及其在路桥工程中的应用[J].广东水利水电，2009(7):23-27.

[8] 朱晓娟.土工合成材料在地基处理中的应用[D].合肥：合肥工业大学，2011.

[9] 瑜 璐.新型土工格栅力学性能及高路堤沉降规律研究[D].武汉：湖北工业大学，2012.

Study on different settlement preventing techniques of widening subgrade

Zhu Tongtong

(CollegeofCivilEngineering,ChongqingUniversityofTraffic,Chongqing400074,China)

Based on domestic scholars’ research achievements for highway widening transformation engineering, the paper explores differential settlement causes of widening transformation engineering. Starting from aspects of slope cutting broken, excavation step, using light-style filling, using rock-soil compound material, it describes subgrade settlement control measures of old road widening transformation engineering, with a view to guarantee the highway subgrade stability.

widening subgrade, differential settlement, slope, filling

1009-6825(2016)18-028-03

2016-04-17

朱佟佟(1993- )，男，在读硕士

U416.1

A