拓宽高度对高速公路路基差异沉降的影响

2017-12-28赵秀女

黑龙江交通科技 2017年11期

关键词：坡角老路路基

王建，赵秀女

(江西公路开发总公司，江西南昌 330038)

拓宽高度对高速公路路基差异沉降的影响

王建，赵秀女

(江西公路开发总公司，江西南昌 330038)

设计高速公路改造方案时，需要充分考虑路基差异沉降问题，确保设计方案合理并提升最终工程质量。首先分析了不同填筑高度对路基沉降差异值、表面水平位移值以及坡角水平位移的影响，并对分层填筑过程中的差异沉降指标变化情况进行对比，得出如下结论：填筑高度越大，路基表面荷载、边坡偏载就会升高，从而使得表面沉降就越显著；分层填筑厚度越高，会对老路基造成更多的挤压，新老路基差异沉降会提升。

高速公路；道路拓宽；路基下沉；填筑高度

1 填筑高度对差异沉降的影响分析

1.1 不高填筑高度对表面沉降值的影响

在高速公路改造过程中，部分区域存在路基下沉或者原始设计相对低陷，此时如果要拓宽高度，就需要进行填筑作业。然而，在填筑材料类型、配比等情况相同条件下，确立不同的填筑高度会对公路差异沉降形成不同的作用。因此，有必要对该因素的影响力大小进行分析。本研究中，设计三种不同高度填筑路基，分别为1.5～6.0 m不等，其对应沉降曲线如图1所示。

图1 不同填筑高度时路面表面沉降曲线图

由图1可知，在4种不同填筑高度下，沉降曲线呈现出类似特征，随着距离老路中心距离越远，沉降值呈走低态势。然而，在相同老路中心距离条件下，沉降值存在差异。其中，路基填筑高度越小，沉降值也越小。比如，当中心距离值为10 m时，1.5 m填筑高度条件下所对应沉降值为7.6 cm，3 m填筑高度条件下所对应沉降值为9.2 cm，5 m填筑高度条件下所对应沉降值为12.1 cm，6 m填筑高度条件下所对应沉降值为13.4 cm。之所以会出现这种规律，与老路承重作用、新路基自身重力等因素有关。当填筑高度越大时，自身重力值也越大，而且对老路基所施加重力作用也更显著，因此会表现出更加明显的沉降差异特征。

1.2 填筑高度对沉降差异值的影响

在4种不同路基高度条件下，路肩差异沉降呈显著升高特征：当填筑高度为1.5 m时对应值为4.08 cm，当填筑高度为3 m时对应值为7.6 cm，当填筑高度为5 m时对应值为11.4 m，当填筑高度为6 m时对应值为12.03 cm。相类似的，填筑后路基高度值越大，对应最大差异沉降也呈现出总体上升特征，但是当高度值达到5 m后，差异沉降值保持基本稳定，不再继续增加。

图2 不同填筑高度条件下差异沉降曲线

1.3 填筑高度对路表面水平位移的影响

当路基填筑高度存在差异时，对表面水平位移所造成的影响存在较高相似度，然而在不同老路中心距离水平下，各自所对应位移值存在差异。以老路中心距离10 m为例，当路基高为1.5 m时，对应表面水平位移值为1.97 mm；当路基高为3 m时，对应表面水平位移值为3.85 mm；当路基高为5 m时，对应表面水平位移值为6.07 m；当路基高为6 m时，对应表面水平位移值为7.8 mm。由图3还可以看出，在相同填筑高度下，如果距离老路中心越远，水平位移特征就越弱。可见，相同条件下，填筑高度越大，就会导致高速公路水平位移更加显著。

1.4 填筑高度对坡角水平位移的影响

在路基填筑完成后，新路的坡角水平位移值越来越小，而老路的对应值则越来越大，二者之间呈现出的坡角水平位移差越来越显著。比如，当路基高度为1.5 m时，二者的坡角水平位移差为14.5 mm；当路基高度增加至3 m和5 m时，二者对应的坡角水平位移差分别为27 mm、35.6 mm；当路基高度为6 m时，二者的坡角水平位移差达到最大值，为43.7 mm。

2 分层填筑对高速公路差异沉降的影响分析

2.1 分层填筑下路基表面沉降值分布

在分层施工过程中，填高有四个阶段，分别对应高度为2 m、4 m以及6 m，其对应路基表面沉降值如图3所示。

由图3可知，当填高为2 m时，路基表面沉降值在老路中心距离14.6 m内无明显变化,随后开始下滑，并呈现出下向抛物线特征；当填筑高度为4 m时，在老路中心距离14.6 m内呈现小幅度线性下降，随后呈现出倒钩曲线特征；当填筑高度为6 m时，在老路中心距离7 m内，表面沉降值呈现小幅度线性下降，随后快速下降，变化曲线较为平滑，最终值达到-20 cm。完成填筑以后，表面沉降值由-9.2 cm下降至-21.3 cm，且变化过程平缓。

图3 分层填筑条件下路基表面沉降分布特征

可见，随着填筑高度越大，表面沉降就越显著，之所以会出现该现象，与路面荷载变化有关。填筑量越多，路面就需要承受更多的荷载，就会向路基施加更多向下的作用，迫使其下沉。同时，还可以发现，当填筑高度较低(小于4 m)时，在老路中心14.6 m内，路基并没有表现出十分显著的沉降，此后才呈现出显著变化特征。这是因为，当距离值较近时，填筑材料对路基没有形成显著偏载或者负向挤密，只有当填筑材料厚度足够时，偏载作用方才显现，使得路基下沉。

2.2 对路基表面水平位移的影响

在距离老路中心14.7 m范围内，填高对表面水平位移无显著影响，随着中心距离值继续增加，位移值快速增加，到达峰值后，再次出现平稳下滑特征。在距离路肩17.5 m左右，各填高对应的表面位移值达到峰值，其中，填高为2 m时，对应值为7.6 mm；填高为4 m时，对应值为15 mm；填高为6 m时，对应值为24.5 mm。

2.3 对坡脚水平位移的影响

随着填筑高度不断增加，新路和老路的坡角水平位移值呈现出相反的变化趋势，其中，新路坡角水平位移不断向外扩展，而老路则向内收缩。需要注意的是，当填筑高度达到6 m时，新路的坡角水平位移达到峰值，为26.4 mm，老路所对应的坡角水平位移值则相较于4 m处有所提升，达到-9.85 mm。当填筑工作结束后，新路的坡角水平位移虽然相较于前一步有所下滑，但也达到25.03 mm，而老路对应位移值则为-16.8 mm，二者水平位移差值达到41.91 mm。