公路路基加宽工程关键技术研究

朱方亮

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064)

0 引 言

近年来，公路工程作为推动当地经济发展和加强区域联系的重要项目，其建设步伐日益加快，质量控制也更加严格。但是，随着经济水平的发展、交通量的不断提高、原公路设计标准低等原因，很多公路的通行能力难以满足实际运营需要，容易引起车辆拥堵和人员伤亡事故等。为了提高公路的通行能力，加宽路基对老路进行升级改造是首选的建设方式(建设周期短、占地面积少、耗费资金少等)，因此，为了提高公路工程建设水平，研究加宽路基的关键技术有着十分重要的工程价值。

目前国内外学者和工程技术人员也针对公路路基加宽的机理、变形规律和质量控制措施等方面展开了一些研究，如李玉等以京石高速为工程实例，从开挖台阶、液压夯实、铺设混凝土等方面探讨了公路工程新旧路基拼接施工的关键点，并在工程实例中得到了良好的应用效果。李丙银等依托某山区高速公路，选择ANSYS15.0对不同填方中心高度、加宽宽度、弹性模量工况下，探讨了加宽路基的不均匀变形规律和控制标准，并在此基础上，对比分析了锚杆和双向土工格栅两种加固措施对加宽路基变形的改善效果，结果表明双向土工格栅具有良好的加筋效果。本文则借助PLAXIS8.0结合实际项目对路基加宽结合位置的变形规律进行研究，分析了不同路基拓宽宽度下新老路基不均匀沉降变形规律，并提出了多种路加宽路基工程质量控制措施，以期为类似的公路路基加宽工程提供一定的理论指导。

1 公路新旧路基结合处病害及破坏机理

1.1 加宽路基的常见病害形式

公路路基加宽后在填料自重以及其他因素的影响下，路基就会使其在水平和竖直方向上产生一定程度的变形，而路堤各个部位的变形也会有所差异，这就造成了路基存在差异性沉降。新旧路基间的不协调变形对公路产生的影响往往体现在反射裂缝、路面病害等方面。其中，沥青路面可能存在反射裂缝、路面沉陷隆起、车辙等现象；对水泥路面就会导致板底脱空、接缝损坏等病害，如图1所示。

图1 公路加宽路基常见病害

1.2 路基结合处变形机理

在进行公路路基拓宽时，新路基一般作为边载施加在老路基的边坡位置，而边载对旧路基沉降变形的影响主要体现于两个方面：第一，新填路基填料的重量相当于加在老路基上的静荷载；第二，边载的存在，使得地基土表面的附加应力在公路横断面方向上的分布不均，从而导致新旧路基的应力大小不等，固结度也存在差异。此外，在软土区域进行路基拓宽时，路基顶面沉降并不是因为其自身的压缩变形，而是来自地基沉降。而在地质较好路段，由于地基沉降变形较小，对新路基坡脚有一定的约束作用，所以公路拓宽路基的沉降主要来自路基自身的压缩变形。

2 公路加宽路基差异性沉降规律探讨

2.1 工程概况及计算模型建立

本文以某一级公路为研究对象对路基加宽的不均匀沉降规律进行研究，该公路路线长22.4 km，设计标准是双向四车道，路基宽度是26 m。该公路工程沿线存在软土、可溶性岩石等特殊地质，其中软弱土深度较大，以淤泥、淤泥质土和黏性土(软塑状态)为主。该公路沿线边坡的最大填土高度为9 m，坡度为1∶1.5，地基计算宽度取200 m，计算深度取30 m。地基由上下两层不同性质的岩土体组成，上部是6 m厚的软粘土，下层是24 m厚的基岩，各土层的物理力学计算参数为：路基填料密度1 458 kg/m3、泊松比0.35、粘聚力5 KPa、内摩擦角35°；软黏土密度1 924 kg/m3、泊松比0.28、粘聚力26 KPa、内摩擦角28°；基岩的密度2 350 kg/m3、泊松比0.3、粘聚力48 KPa、内摩擦角60°。

公路路基加宽的不均匀沉降属于平面应变范畴，笔者采用PLAXIS8.0的brick单元来建立了二维平面模型，并选择三角形进行网格自动划分(共划分5 231个节点和3 874个网格)，计算时采用M-P屈服准则。模型的边界条件如下：地基底部对x、y、z三个方向位完全约束，对路基边坡外侧水平约束，路基顶面不施加任何约束条件。

2.2 不同加宽宽度下新旧路基结合处变形规律

在公路填方边坡高(9 m)不变的情况下，加宽宽度分别选择1 m、2 m、3 m、4 m，各拓宽宽度下加宽路基不协调变形模拟结果如图2所示。

图2 各拓宽宽度下新旧路基差异沉降量变化

由计算数据可知，当监测点距离老路基边线小于1 m，各加宽宽度下新老路基之间地不协调变形基本保持相同。当监测点距离旧路基边线大于1 m时，各加宽宽度下新旧路基之间的差异性沉降均与道路路基加宽宽度呈正相关关系。这种现象表明：随着公路路基加宽宽度的提高，旧路基在边载作用下所引起的附加应力也持续提高，使得老路基的沉降变形也不断增大。但是当公路路基的拓宽宽度提高到某一临界值时，再提高路基的拓宽宽度对老路基所产生的附加应力影响不大，即对旧路基的沉降变形的影响程度较小。

3 公路加宽路基工程质量控制措施

3.1 加宽路基常用处治措施

在公路路基加宽项目建设期间，如何改善新老路基拼接位置地强度、刚度、稳定性是最重要技术之一。目前国内外公路改扩建工程中，应用较广泛的加宽路基处治方法主要是土工格栅、支护结构、夯实等措施。将公路加宽路基的主要处治措施分为外部处治、内部处治和综合处治三类，具体如表1所示。

表1 公路加宽路基具体处治措施分类

3.2 加宽路基压实质量控制

路基压实是改善公路路基改扩建施工质量的核心工序之一，加宽路基压实质量控制的关键环节往往体现在填料运输、碾压、检测等方面来开展。在装料前，应当计算每层填土所需的压实方量，同时，填料装运时应尽量使填料能够混合均匀，尽可能地避免大粒径填料集中装运的现象。

在公路路基修筑时，应当通过修筑试验段来确定碾压设备及其组合、碾压遍数、摊铺厚度、松铺系数等参数。压实机械可采用振动压路机和三轮压路机等，碾压时应当由两边向中间碾压，并遵循“先边缘后中间，先慢后快”的原则，压实路线纵向互相平行，反复碾压。碾压后应确保路基形成2%～3%的路拱横坡，利于排水。如果加宽路基部分采用的填料渗透性较小的粘性土，应当在路基底部铺设一层透水性较好的砂砾垫层，避免出现水囊和“弹簧土”。检测是保证路基压实质量的最后手段，施工中应善于运用检测手段，确保路基施工质量。

4 结 语

利用软件PLAXIS8.0研究了不同工况下公路加宽路基的不协调变形机理及规律，并分析了加宽路基地质量控制关键，主要得出四个方面的结论：(1)公路路基加宽时，新路基相当于施加在老路基的边载，边载不仅会成为施加在旧路基地静荷载，还会在地基土表面产生不均匀附加应力；(2)随着公路路基加宽宽度的增加，新路基顶面的竖向位移不断增大，新旧路基之间的差异性沉降值持续增大。但是，当公路路基拓宽宽度增大到某一临界值时，路基加宽宽度增加对旧路基所产生地附加应力影响程度不大；(3)公路路基加宽中应用较为广泛的处置措施主要有土工格栅、支护结构、夯实等措施，可将其分为外部处治、内部处治和综合处治三类；(4)路基压实质量是控制公路建设水平的关键技术之一，一般体现在运输、碾压、质量检测等环节。