道路加宽(旧路加宽综合处治方案设计的几点考虑)

论文作者：孙四平侯芸郭忠印张艳张树山佟云涛摘要：旧路对现有道路等级的拓宽改造和路网结构的改善比高更具有技术和经济价值。在拓宽改造工程方案设计中，需要对多个方案进行比较和选择。同时，有必要综合分析交通荷载作用下路基沉降、路基稳定性、路基静载压缩变形和路基土塑性累积变形引起的路基表面不均匀变形，从而采取可靠有效的综合治理方案。关键词：旧路土工合成材料不均匀变形加宽；随着国民经济的快速发展，道路交通量迅速增加，旧路现有道路和城市道路的拓宽和铺装改造工程已大量实施。特别要注意的是对： 旧路的拓宽和铺装改造新旧路地基间的不均匀沉降和新路基的塑性累积变形对对路面结构响应的影响；新旧路基础刚度差异对对路面结构响应的影响；路面反射裂缝的防治等。因此，在旧路，拓宽改造工程实施之前，有必要对该方案进行初步的试验研究。一般可采取软基处理、地基清淤置换、旧路路堤台阶开挖、土工合成材料加筋垫层和加筋土路堤、土工布防渗排水、改良土质高强路堤和轻质路路堤、铺设土工合成材料抗裂层或增加覆盖层厚度等工程技术措施。摘要：结合大齐(大庆-齐齐哈尔)高速公路改扩建工程的实施，提出了旧路1号高速公路拓宽综合治理方案设计中的几点思考。大齐试验路1.1路基加宽方案设计比选大齐试验路大齐公路基本概况位于黑龙江省，西部松嫩平原301国道中段，属于东北冻融交替带。春季干燥多风，夏季短暂多雨，秋季低温早霜。大齐路沿线地势平坦，草地、湿地和沼泽约占全线总长度的20%。其地质条件主要属于第四系沉积，表层土多为粉质中液限粘土和中液限粘土，并有一种交叉分布的弱碱性盐渍土，其下为圆砾土、砾石土和粉质粘土。对1.2地表排水不畅和土壤含水量高对路基稳定性和工程建设有很大影响。根据大齐路，现有的道路条件、水文地质条件和当地现有的材料，大齐试验路地区路基加宽方案设计综合考虑了对路基刚度差异、不均匀沉降、侧向滑移和防水防渗等各种因素的影响。经过技术经济分析，在单侧和双侧加宽段中选择了试验路段，设计了7个方案进行试验研究。其中，单侧加宽试验路位于K74 600~K74 900，共三个方案。试验路双边拓宽位于K96 100~K96 400，共四个方案。1.2.1基本处理措施(1)基础清淤置换旧路建成后，由于当地取土，在路基边坡外侧形成了一条沿路线约1.5m深的积水沟，沟底堆积了大量淤泥。因此，有必要彻底清除边沟中的淤泥，以提高高路基基底的强度，减少新旧路地基之间的不均匀沉降。疏浚边沟后，更换天然砾石。砾石层的顶面应该

单侧加宽部分的第一步宽度为350厘米，高为100厘米，其上三步的宽度高为150厘米100厘米。两边的加宽部分被挖掘成三个台阶，宽度分别为120厘米和120厘米、80厘米和80厘米的高。1 . 2 . 2 旧路(S1)路基单侧加宽方案：二灰填筑方案，即在路基顶面以下1.0m范围内，用天然砂砾土工布、天然砂砾粉土土工布、粉土二灰填筑地基，用粉煤灰熟石灰=0.90.1(质量比)混合均匀后填筑形成轻质路堤。二灰，作为轻质路路堤的填料，具有良好的工程特性：后期强度为高，整体稳定性好，可有效减小新旧路地基之间的刚度差异；其自重荷载较小，可有效减小自重荷载引起的路堤压缩变形。确保路基允许工后沉降对对非常有利。方案二(S2):三层土工布方案，即天然砾石土工布、天然砾石粉土土工布、粉土土工布、粉土土工布。土工合成材料(试验路使用的土工织物)加筋路堤不仅可以增强新旧路地基的整体稳定性，还可以大大提高新加宽路基的强度和刚度，从而有效减小新旧路地基之间的刚度差异。土工合成材料还可以减少新加宽路基的不均匀沉降和侧向位移，使路基横断面的沉降趋于均匀。方案三(S3):双层土工布方案，即用天然砾石粉土代替天然砾石土工布。根据工程实践经验，当路堤填土的高低于4.0m时，新加宽的路基只能铺设两层土工布。但是，考虑到新旧路地基交界处交通荷载的局部荷载作用和路基顶部可能产生的滑动对路面的剪切作用，在S2方案中铺设了三层土工布进行对比试验。1 . 2 . 3 旧路：粉土填筑方案中加宽两侧路基的方案一(D1)，即将地基换成天然砂砾粉土防渗土工布防渗粉土。在粉土路堤内部和顶部铺设一层防渗土工布，起到加固和隔离防渗的作用。由于防渗土工布的加固作用，可以提高新旧路地基的整体稳定性，减少路基的不均匀沉降。由于防渗土工布的隔离和防渗作用，可以防止垫层的砂砾料掉入，防止雨水浸入对路基，在一定程度上减少路堤本身的压缩变形。方案二(D2):粉煤灰填筑方案，即用天然砂砾粉煤灰二灰防渗土工布代替基层。D2方案在对地质条件相对较差，采用粉煤灰和二灰轻质填料填筑路堤，不仅可以减少新路堤的自重和路堤的压缩变形，还可以提高高新路堤的强度和刚度，减少交通荷载作用下路基的塑性累积变形。轻质填筑路堤可以减小新旧路地基之间的刚度差异和不均匀沉降，从理论分析和工程实践来看，它是旧路方案三(D3)碎石填筑方案拓宽方案中较为理想的综合治理措施，即从地基置换到全路堤天然碎石的全填筑。由于天然砾石的透水填料，浸没在路堤中的雨水可以很好地排出。同时，天然砾石还具有高强度和刚度，有利于减小新旧路基础之间的刚度差异，减小交通荷载作用下路基的塑性累积变形。

然而，由于天然砾石的重量较大，地基和路堤在自重荷载作用下可能产生较大的沉降和压缩变形，导致新旧路地基之间产生较大的不均匀沉降。方案四(D4):二灰填筑方案，即地基换成二灰天然砂砾粉土和防渗土工布。D4方案的地质条件优于对。采用二灰粉土半填筑路堤可以部分提高高新路堤的强度和刚度，减少部分路堤的压缩变形和塑性累积变形，可作为对与其他加宽处理方案的对比试验。2.旧路拓宽工程地基沉降和路基稳定性分析在旧路，拓宽改造工程中，地基沉降和路基稳定性分析无疑是非常重要的。沉降处理是指在路基施工过程中，加速新建路基引起的地基沉降，或采取有效措施控制剪切变形引起的路基侧向位移，从而减少路基工后沉降。为了处理对，的稳定问题，有必要增加新建路堤和地基的强度，提高高的抗剪变形能力。当路堤坍塌时，其滑动面为曲面，假定为圆弧。圆弧滑动面的位置用4.5H法确定。在传统的圆弧稳定分析方法中，通过增加一个拉力来考虑土工合成材料的加固效果，并将加固力作为水平力施加到滑动土体上，以计算其稳定性并确定加固层数。在旧路，拓宽改造工程中，由于新旧路地基的固结度不同，会导致路基横向不均匀沉降，进而导致路面开裂和损坏。因此，有必要准确掌握加宽路基的最终沉降和固结度，并检查其残余沉降是否满足工后沉降的要求。在沉降分析中，可以假定旧路路基下的地基已经完全固结，新加宽路基的总沉降采用分层总和法计算。3.旧路加宽路基土压缩变形分析路基土在自重、路面结构等静荷载作用下的变形主要表现为土的压缩变形。通过室内试验可以测出相应的土体变形指标，通过选择合适的力学模型，用有限元方法分析路基土的应力状态，从而得到总变形、不均匀变形、不均匀变形范围以及变形与时间的关系等控制指标。在路基土压缩变形的有限元分析中，新填路基土被视为弹塑性材料，采用邓肯非线性模型。旧路路基被视为弹性材料，土工布被视为线弹性材料，可以根据平面应变问题求解。其中，路基和地基采用平面四边形等参单元模拟，土工布采用接触面单元模拟，路面结构层采用弹性梁单元模拟。假设土工织物与土壤之间的界面没有相位对位移，则采用如图所示的有限元分析模型。