寒区新旧煤矸石路基结合部不均匀沉降研究

2014-03-10王慧颖

交通科技与经济 2014年6期

王慧颖，刘伟

（黑龙江工程学院土木与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨150050）

煤矸石作为目前众多公路使用的一种廉价的路基材料，在经济不是很发达的北方地区的公路建设上被广泛使用，但随着经济的发展及小汽车使用量的急速增长，交通量增加，原有的公路交通量已无法满足使用要求，需要对公路进行改进和扩建。在这种情况下，新旧煤矸石道路的拼接问题显得格外重要。原有公路路基经过一段时间运营后，其地基土体基本已经完成固结并且与路堤之间形成了整体，其原有路基煤矸石在经过多次冻融循环后质量损失已基本完成，承载力已经趋于稳定。因此在旧路拓宽时，若新旧路基拼接处治不当，在完工后很快在拼接处产生纵向开裂，从而导致路基路面的破坏。虽然在《公路路基设计规范》中对路基拓宽改建作出了一些规定，但基本上都是原则性的规定，因此，在公路改扩建时，为保证新老路基的紧密衔接，提高改建后路基的强度和整体性，必须从多方面来进行探讨和研究。本文从探讨新老煤矸石路基沉降机理为出发点，分析影响路基结合部差异沉降原因，提出防止新旧煤矸石路基差异沉降的常用方法。

1 新旧煤矸石路基差异沉降机理分析

1.1 新旧地基不同固结程度对煤矸石路基结合部差异沉降的影响

煤矸石路基是一种刚度相对较小的非线性材料，它在荷载作用下会产生较大的压缩变形，并且随着时间变化不断固结。新拓宽煤矸石路基的压缩变形和塑性累积变形要比旧路路基大，旧路地基在路基填土荷载和机动车长时间碾压的作用后，其地基固结基本完成，旧路改建后，其后期地基土体沉降量可以认为很小。但旧路拓宽的部分，尤其在软土地基中，其地基土体力学性能差，在附加应力作用下，会产生基体竖向沉降，这是导致新老路基之间沉降量差异的主要原因。

1.2 新老路基结合部位处理不当

旧路改建，由于某些路段施工工艺粗糙，施工操作简化，新老路基结合部常有20～30cm宽的填土大型压路机碾压不到，造成压实效果无法达到标准要求。同时，随着近年来道路设计标准的不断提高，路基路面结构设计也发生巨大变化，新建路基材料强度与厚度有很大改善，在路面荷载作用下，在路基结合部处理不当造成新老路基在结合部连续性差，为新旧路基的沉降留下隐患。

1.3 寒区路基冻胀变形影响

寒区公路新旧煤矸石路基冻胀系数不同，冻胀系数越大路基变形量越大，新旧路基不同的冻胀变形量造成新旧路基结合部出现差异沉降，一旦造成纵向裂缝，遇水损坏，则冻胀现象会更为突出。

2 新旧煤矸石路基结合部处治技术

2.1 扩建部分的煤矸石路基的压实

煤矸石路基压实程度对煤矸石工程性质的稳定性有直接影响，煤矸石的水稳性可通过充分的压实得到改善，所以对于扩建的煤矸石路段应加大压实力度，采用冲击压实法，规范规定煤矸石路基压实度至少要达到93%，但压实度过高不经济，同时对降低路基沉降效果不明显。但新旧路基结合部是极易出现差异沉降的地方，因此将新建路基压实度提高到95%，并对新旧路基结合部处4m以内进行重点监测，保证新旧路基结合部位置压实效果良好，路基结合紧密，尽可能降低由于压实度不够而引起的新旧路基差异沉降。图1为青兰高速邯涉段第9合同段的冲击压实遍数与压实度的关系图，其路基为煤矸石路基，采用的压实方法同样为冲击压实法，工程实例中，当冲击压实达到20遍以上时路基的压实度达到95%，因此对于扩建的煤矸石路基宜采用冲击压实法，碾压20遍以上可减少由于压实度不够而引起的新旧路基差异沉降。

2.2 新旧煤矸石路基结合部的处治

新旧煤矸石路基的结合部可以使用土工格栅，土工格栅与土接触面会产生摩擦，降低了拓宽路基土的垂直应力，使土体承载能力得以提高，降低了结合部的差异沉降；另外土工格栅还可以使土体抗剪强度得到充分的发挥，约束了土体的侧向变形。由于铺设的土工格栅具有弹性及延展性，在不同荷载的作用下，不会产生累积变形，能使路基与土工格栅形成一个连续柔性整体结构，因此使用土工格栅可以有效地减少路基结合部的差异沉降及裂缝的产生。另外新旧路基结合部在施工时应切成阶梯形式，在分别进行填筑加宽，填筑时每层使用的土工格栅宽度必须大于1.5m。有条件的可用钢筋进行锚固，钢筋穿过新旧路基结合部的土层对提高结合部土体抗剪强度有很大的提高。图2为土工格栅在路基中的铺设方式示意图。

图1 冲击压实遍数与压实度的关系

图2 土工格栅在路基中的铺设方式示意

2.3 提高新建路基的抗冻性

旧路路基在多年的反复冻融下，其冻胀变形量已基本稳定，由于年代关系新建路基使用煤矸石的种类和性质可能会与旧路煤矸石路基有较大不同，造成新旧路基的冻胀系数有很大不同，冻胀系数不同路基的冻胀变形量不同，为了降低新旧路基结合部由于冻胀变形引起的差异沉降，尽量选取与旧路路基种类相同的煤矸石材料，煤矸石种类相同则日后的沉降量也会趋于一致。同时在新建煤矸石路基中加入一定量的水泥、粉煤灰、石灰，用来提高新建煤矸石路基的密实性，形成水泥二灰稳定煤矸石，优化后的煤矸石路基在抗冻性、抗压强度、劈裂强度等多方面有了很大提高。另外，根据新建路基填挖形式分别在路基防冻层上下设置隔水材料，防止地表水及地下水浸入路基，造成新建路基发生冻胀破坏。