公路改扩建工程中的路基拼接技术探究

欧阳路明，唐旻（江西省赣南公路勘察设计院，江西 赣州 341000）

公路改扩建工程中的路基拼接技术探究

欧阳路明，唐旻
（江西省赣南公路勘察设计院，江西 赣州 341000）

阐述了路基拼接的特殊性，详细分析了路基拼接有限元模拟，针对路基拼接的病害，提出了相应的处理方案，以供参考。

改扩建；路基；拼接技术

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.023

1 引言

路基拼接技术的难度较高，是整个公路扩建工程的关键步骤。做好路基拼接能有效减轻新旧路面间的差异性沉降，去除由于新旧施工不同造成的路面沉降。本文经过大量的理论知识研究，从路基拼接技术的特点出发，总结出发生病害的原因，根据具体问题提出相应解决方案，从而进一步提高公路扩建中的路基拼接技术水平。

2 路基拼接的特殊性

高速公路扩建与新建施工过程对比，具有许多类似点，例如：填料的要求以及压实的处理方式等，但在实践过程中，由于路基拼接存在特殊性，因此，在设计时必须要充分考虑，才能提高公路扩建的质量。其主要表现在以下方面：

1）新老路基填筑所需时间存在有较大的不同，固结度也会有所差异，填土性质也有所区别。

2）原有路基经过长时间的使用，沉降量是固定不变的，新扩建路段因为附加力的不同产生差异性沉降现象。

3）老路边坡在施工过程中的压实度呈现较差的现象，在进行扩建施工时，原路边坡一方面是与新建路基拼接的部分，一方面属于行车道中最外侧的车道，该车道主要行驶的是大型货运车辆，载重量较大，对路基产生的影响显而易见，因此，必须要建设高质量的路基以满足使用要求[1]。

4）路基拼接处由于所处区域特殊，施工工艺要求较高，较易发生质量问题。

3 有限元模拟分析

3.1 模型与参与计算

1）简化处理

在工作过程中，为了能够确保施工过程的简便性，同时能及时反映出施工过程中的质量问题，可以做如下简化。

（1）实践过程中，假如纵向的长度过长，可以通过调整角度对其进行处理；

（2）对于老路基全部固化，并且地基与老路基不出现再次沉降现象，需要对新建的路基部分沉降进行考虑；

（3）新老路基拼接处需采取先进的施工工艺，保证新老路基结合处完整和均匀；每层材料必须使用相同材质的施工材料，同时采用连续施工的方式进行施工，以保证整体的牢固性。

2）模型计算参数

本文以某高速公路的断面地基为研究对象，设定老路基、地基的密度为0，也就是说，老路基和地基不会出现沉降的现象。模型具体的计算参数见表1。

表1 计算参数

3.2 有限元计算

1）计算模型

模型计算采用的是plaxis岩土软件，并以Mohr-Coulomb本构模型作为基础，按照分步施加荷载的方式进行。由于本断面的地下水位比较深，因此，在几何模型中需要设置路基的宽度为42m；边坡率控制为1:1.5；地基压缩厚度按照σz=（0.1～0.2σc确定（其中，σz为附加应力；σc为自重应力），详细几何模型如图1所示。

图1 几何模型、观测点布设

2）工后15a沉降曲线（见图2、图3）

图2 拉应力分布

图3 沉降变形曲线

3.3 结果分析

从图2、图3可以看出：

1）新旧路基呈现不同沉降量问题

主要原因：老路基建成使用已超过10a，已经完全固结，在以后使用中已经不会再发生变形的现象，基本处在一个非常稳定的时期。新路基的拼接完成之后，由于公路本身重量以及行驶车辆的作用，会再次发生沉降现象，破坏原有的平衡状态，产生附加性沉降[2]。

2）老路基最多会发生1.2cm沉降量，而后基本保持不变

新老路基的各项参数都会不同，填料性质、固结度、变形量和承载平衡性都会有较大的差别，各方面参数都不如老路基稳定，因此,由于自身以及使用环境的影响，新路基会发生2.1cm的沉降，与老路基沉降量相差0.9cm。

3）施工过程中，路面结构的应力主要在拼接处集合，使得此处部分剪应力发生较大变化，新老路基由于沉降量的不同，会发生破坏现象。通常情况下，表现的形式为拼接处有很大的纵向裂缝产生，并且在长时间的使用过程中，不断加大沉降量，必然会导致裂缝向下蔓延，最终使得路基整体承载能力急剧下降，影响行驶安全[3]。

4 路基拼接典型病害

结合实践经验，总结出经常会发生的公路病害现象，排除由于排水导致的病害，并且结合力学等相关知识，得出基本结论。我们认为，由于路基拼接造成的路面发生病害现象主要有以下几个方面：

1）纵向裂缝

差异性沉降与裂缝蔓延是导致路基、路面纵向裂缝生成的主要因素。一旦路基裂缝产生，势必会导致整体路基的承载能力与整体稳定性受到影响，路面纵向裂缝必然会使得整体性能变差，雨水会加重病害，造成使用性能急剧下降。

2）横向不均匀沉降

横向不均匀沉降的主要原因在于附加应力不规则的在地基顶面延伸，并且随着不同压力的施加导致不均匀现象出现。沉降现象逐渐蔓延至路基顶部，如果在施工过程中，地基采用的材料性能好，也会有可能出现脱空的现象；如果沉降量蔓延至路面表层，则会出现纵向裂缝[4]。

5 路基拼接的处理方案

经过以上实践经验的总结，以及参考国内外施工经验，提高拼接施工质量和降低沉降量的主要施工方法有：提高软路基质量、老路边坡开挖台阶、提高压实度标准、铺设土工格栅措施等。

1）老路边坡开挖台阶

在施工过程中，对老路边坡开挖的主要作用表现在以几点方面：

（1）将原有表层土以及软化路边坡及时清除，换土并且进行压实处理；

（2）新旧路基拼接部分比较容易发生质量问题，挖台阶之后使整个接触部分面积增大，能抵抗较大的剪切力。如果没有进行台阶处理，而是直接进行拼接，那么在其他条件相同的情况下，拼接部分的质量最差；

（3）横向台阶如果使用土工格栅会增大锚固长度。

2）提升压实度标准

在施工过程中，提升新填土的压实度，其主要的原理与采用碎石、砂砾填满的作用一样，都能够整体提升路基的强度，提高承载能力，降低由于路面承载能力提升的原因，造成沉降出现差异[5]。

3）铺设土工格栅

在施工过程中，假如拼接部分采用土工格栅铺设，就能提升整体的稳定性能。主要表现在：

（1）减轻拉应力和剪应力。土工格栅和土结合在一起，有效的降低拉应力和剪应力，同时减小作用在路基中的力，改变作用力分布，防止裂缝的产生；

（2）均化差异沉降。通过铺设土工格栅，能够通过加筋的作用提升路基的稳定性，提高整体承载性，减小变形量，改善使用性能；

（3）避免路基发生横向位移，是土工格栅发挥的主要作用。

4）地基处理

软土路基部分，由于承载能力较弱，压缩性大，固结时间较长，完成施工后仍然会出现比较大的沉降量。而老路基由于在常年的服役过程中，沉降与固结已经完成，在这种类型路段施工后，必须严格控制沉降量。一般情况下，沉降量的计算方式为分层总和法，在对沉降标准的控制上，需要按照“原有路基与拓宽路基的路拱横坡度的工后增大值不应大于0.5%”确定。

6 结语

总之，在随着我国交通事业的不断发展，高速公路修建数量日益增多，同时在新旧老路结合的过程中，路基拼接质量问题凸显比较严重。而路基拼接技术的核心问题是控制施工后的差异性沉降现象，进一步减轻或者消除路基、路面发生裂缝的现象，提高公路的质量和使用性能，保证车辆行驶安全。经过大量的实践得出，根据理论知识进行分析和计算，同时结合工程实际，制定较为严密的施工方案，并且保证施工质量符合标准，只要按照上述要求进行施工，就能提高公路整体质量，减轻或者避免路基、路面产生裂缝的现象。

【1】王杰.贵州省凯里至雷山公路改扩建工程设计重难点分析与思考[J].黑龙江交通科技，2016(5)：38-39.

【2】曹新玲.公路改扩建项目的经济评价方法与应用[J].科技经济市场，2016(5)：157.

【3】王旭东.公路改扩建项目的现状及特点与技术问题分析[J].科技展望，2014(16)：204.

【4】王飞.高速公路改扩建工程拼接技术的探析[J].江西建材，2014(19)：135-136.

【5】刁忠军.高速公路改扩建工程中的环境保护[J].交通节能与环保，2015(3)：115-116.

Study on the RoadbedSplicingTechnologyinHighwayReconstruction and Extension

OUYANGLu-ming，TANGMin
（JiangxiGannanHighwaySurveyandDesignInstitute，Ganzhou341000China）

Thispaper first expounds the particularityof the roadbed splicing, and then detailed analysis of the roadbed splicing finiteelement simulation, andfinallythediseaseof the roadbedsplicing,put forwardthe correspondingtreatment planfor reference.

extension;roadbed;splicingtechnology

U418.5

B

1007-9467（2016）12-0090-03

2016-09-12

欧阳路明（1988～），男，江西吉安人，助理工程师，从事公路桥梁设计与研究。