羅鳳偉

黔南州航務發(fā)展中心

摘 要：公路工程中常采用路基擴寬技術,，本文研究了幾種控制公路擴寬路基變形的技術，例如削坡構造臺階,、輕質填筑土和增設土工材料等,，分別從增加新舊路基接合面抗剪變形能力、降低路基自重和提升新舊路基變形協(xié)調能力等方面,，一定程度降低了新舊路基的差異沉降,。其中采用輕質路基填料和增設土工材料混合的方法能夠大幅提升擴寬路基的工作性能。本文研究可為后續(xù)的研究提供支撐,。

關鍵詞：變形;差異沉降;輕質土;路基擴寬;土工材料;

作者簡介：羅鳳偉(1987-),，男，工程師,，主要研究方向:道路工程,。;

引言

截至2019年末，全國公路總里程達501.25萬公里,，公路密度52.21公里/百平方公里,，載貨汽車運輸量13587.00萬噸位。隨著運輸量逐年提升,，限于早期公路建設的工藝水平,、規(guī)劃理念等，一些公路運力難以滿足經濟發(fā)展的需求,。對既有公路改,、擴建，提高公路等級,，增加運輸能力,，在實際工程中具有較強可操作性和經濟性。而新,、舊路基受材料,、工藝和環(huán)境等諸多因素影響，路基易產生不均勻變形,，引起路面縱向裂縫乃至失穩(wěn)影響交通,。

1 擴寬路基變形理論

依據(jù)擴寬路基沉降理論,，原路基及其下部地基在自重和長期車輛荷載作用下，因土顆粒之間的孔隙逐漸壓縮完成固結;在擴寬路基自重和車輛荷載附加應力作用下,，原路基發(fā)生二次壓縮較小變形[1],。舊路基固結早已完成，新增荷載產生的沉降小,，新建擴寬路基在施工期和運營期受材料自重和車輛荷載作用,，固結沉降直至穩(wěn)定，產生遠大于舊路基的沉降量[2],，沿道路中線向路肩方向的豎向變形先增大后減小,，最終呈現(xiàn)出一種“漏斗”的變形狀態(tài)[3,4,5,6]。從力學角度,，新舊路基接合處,，填筑材料沒有足夠的黏聚力，擴寬路基在自重和車輛荷載作用下,，產生的下滑力超過接合面之間的抗滑力,，如圖1所示。最終在接合面產生剪切破壞,，產生路面頂部縱向開裂和基層頂部彎拉開裂等現(xiàn)象,。

圖1 路基接合面受力示意圖

2 擴寬路基變形控制

擴寬路基面臨的首要問題是新舊路基的差異沉降，引起擴寬路基不均勻沉降的因素有填筑材料物理性質,、回填壓實度,、含水率、施工工藝,、抗滑移措施,、地基處理等幾個方面，可依據(jù)工況采用恰當?shù)姆乐未胧?/span>

2.1 采用合適路基填筑材料

鄭鵬飛[7]通過單軸固結試驗研究了洛川剖面各土層的壓縮特性,，指出土體的壓縮模量隨壓實度的增加而增大,，壓縮系數(shù)則隨壓實度的增加而減小，且受含水率影響顯著,。王飛[1]指出擴寬路基壓實度應比新建路基壓實度提高1個百分點,，分層碾壓填筑后，再用沖擊式壓路機增強補壓,，以提高壓實度,。離心試驗研究表明，提高壓實度可減小路堤本身沉降,，但并不能有效控制擴寬路基的差異沉降，在素土路基中增加一定的粘合劑,，可一定程度上提高路基模量,，降低路基的沉降,，并改善差異沉降[8]。涂慕溪等[9]對比分析三種路基材料填筑高度對路基模量和沉降量的影響時發(fā)現(xiàn),，采用較重路堤比較輕路堤重力增大8倍,，但其彈性模量比并未發(fā)生較大變化。

常見的輕質路基填料有粉煤灰,、礦渣,、輕質土或EPS等，其密度約為普通土的1/3～1/10,，作為路基填料時,，可有效降低路基頂面沉降，最大減少路基頂面沉降約20%[10],。泡沫輕質土受水固比影響,，無側限抗壓強度可達到3370k Pa，濕密度僅為0.718g/cm3,，可有效降低填筑材料的自重[11],。

表1 幾種常用建材的容重(k N/m3)

表1 幾種常用建材的容重(k N/m3)

楊琪[12]采用UDEC研究氣泡輕質土路基和原有路基之間的不連續(xù)性。結果表明,，隨著路面荷載增加,，舊路基內部塑性變形增大，并在路基中線最終出現(xiàn)塑性屈服;輕質土路基底部出現(xiàn)局部拉伸破壞,，并最終在舊路基出現(xiàn)塑性破壞后發(fā)生屈服,。

EPS材料質量輕，在路基處理工程中廣泛應用,，由于EPS顆粒之間沒有黏聚力,，需要加入一定量的粘合劑[13]。裴振偉等[14]指出EPS顆粒體積占比每增加10%,，輕量土重度減小約2g/cm3,，但不得超過2.01%，否則將會增加土體制備的困難;無側限抗壓強度試驗表明,，同條件素土樣抗壓強度為79.98k Pa,，而EPS顆粒混合輕質土的抗壓強度范圍為103.2～1359.0k Pa,，抗壓強度明顯優(yōu)于素土材料,。

圖2 輕質路基填料作用

2.2 降低新舊路基界面滑移

新老路基之間的結合處剪應力大，且存在應力集中,，當剪應力大于接合面的抗剪強度時,，將出現(xiàn)路基邊坡失穩(wěn)破壞。通常采用削坡,、構造臺階和布設土工材料等,，以降低接合面滑動剪切力,，增加界面的抗滑力和提升新舊路整體變形協(xié)調性。

胡志強[3]通過數(shù)值方法分析了1∶0.8～1∶1.5四種情況擴寬路基的豎向及水平向位移,。結果表明,，削坡使得原路基應力場發(fā)生改變，導致路基豎向位移有所增大,，但由于削坡能促進新舊路基結合使得水平向的位移有所減小,，甚至出現(xiàn)負位移，利于提升路基穩(wěn)定性,。

王飛[1]對不同臺階尺寸對沉降差異的影響分析,，得出最優(yōu)臺階尺寸為寬0.9～1.2m，高0.6～0.8m,，并建議臺階向內保持2%～4%的傾斜量,。夏英志等[15]從挖方量和原路基的穩(wěn)定性考慮，建議構造臺階的高寬比在1∶2,，臺階開挖高度為0.6～1.0m,，且不要超過2.5m。

在土體中增加土工格柵(表2),，可形成復合體共同承擔外力作用,，提高路基穩(wěn)定性，在高速公路改擴建工程中廣泛應用[3],。有限元分析結果表明,，采用土工格柵后能有效改善路基的剪應力分布，提高路基的穩(wěn)定性,，路基沉降同比會減低約10%[3,16],。實測結果表明，竣工后3到16個月內,，擴寬部位的水平位移呈現(xiàn)出明顯的非線性特征,，土工格柵起到了很好的控制變形的作用[17]。

表2 采用土工格柵的公路改擴建工程

表2 采用土工格柵的公路改擴建工程

泡沫輕質土摻合土工材料可形成一種復合加筋泡沫輕質土,，當加筋量約為0.75%時,，施工期基底沉降量可比普通填土路基減低55.1%。加筋量增加至1.5%時,，路基坡腳位移降低79%,，明顯改善了施工中產生的沉降和提高了路基的穩(wěn)定性[18]。

3 結論

在長期荷載作用下,，舊路基固結沉降變形已經完成,，擴寬路基與舊路基存在不同步變形的差異沉降，導致路面開裂和失穩(wěn)。在素土中拌合一定比例的粘合劑可提高路基變形模量,，改善差異沉降,。

輕質路基材料自重輕，降低了作用于基礎底面的附加荷載,，同時減小了擴寬部分的下滑作用力，且摻合了粘合劑的輕質土自身的抗變形能力得到提升,，使得協(xié)同變形能力得到提高,，可有效改善路基變形。

合理設置新舊路基接合面構造,，一方面有助于舊路基的施工穩(wěn)定性,，提高新舊路基之間的抗剪強度;另一方面土體加筋則增加了土體縱,、橫向的變形協(xié)調能力，使得整體協(xié)同受力的整體性得到加強，新舊兩部分路基的變形得到相互的約束,。

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