杨栋
山东建筑大学 山东济南 250101
摘要：随着我们国家经济的飞速发展以及百姓生活水平的提高，当前交通量迅速增长，已有公路的通行能力明显的表现出不能满足实际通行需求的态势，公路拓宽成为提高通行能力，解决需求紧张问题的有效途径。但是因为新路与旧路的路基条件等存在着一定差异，尤其是软土地基，差异沉降的产生就无法避免，进而导致路面的变形，影响到公路的使用功能。本文旨在通过对新旧路的路基不同的差异沉降进行分析研究，以期为公路拓宽建设提供有效建议。
关键词：公路拓宽；软土地基；差异沉降
前言：随着我国经济的发展，公路的拓宽成为当前发展面临的主要问题。而我国相当一部分的公路都是建设在软土地基上，公路拓宽的工程涉及到的问题比较多。比如有新老路基过大的沉降差导致的路基变形、路基拉裂以及沉降过大的问题，新老路基的衔接是否紧密造成的路基加宽成功与否的问题。由于我国公路的拓宽没有成熟的经验可以借鉴，约束条件也比较多，因此，在当前背景下，对公路路基拓宽中的软土地基差异沉降处理技术这一课题进行相关的探讨具有非常重要的实际意义。
1 当前我国公路拓宽的问题
具体来说，当前我国公路扩建加宽的问题主要表现在以下2个方面：
1）已建的公路在经过多年的运营之后已经形成了基本的沉降，再加上公路的填筑和扩建，会导致填筑完成之后的土方以及公路的荷载带来新的沉降问题，而如果这种沉降差异比较大的话，则非常容易引起新的病害以及路基的拉裂；
2）新老路基的连接不够紧密。
由以上两点可以看到，新老路基加宽的差异沉降处理技术成为当前我国公路改扩建当中必须要重视的问题。
2 拓宽道路产生差异沉降的原因
1）拓宽路基自身的压缩变形。老路基在行车荷载长期作用下，固结变形已基本完成，几乎不再发生沉降。新加宽路基在改扩建施工运营中仍需经历自身的压缩、固结沉降，老路基不同部位由于新路基牵连而相应发生不同程度二次沉降，两者之间势必会产生竖向位移差。尤其是在地基土质较好，但填高较高、施工压实度不足、路基填土为粘土，或者是新旧路基填料性质差异较大等情况下，拓宽路基固结压缩变形引起的差异沉降所占比重较大。
2）拓宽路基作用下地基压缩固结。原旧路及其上外界荷载影响范围内的地基基本固结完成，而在新路基加载及后续运营阶段行车荷载作用，使不同位置处不同固结程度的地基产生差异沉降，最后反映为路表的差异沉降。当地基土质较差时，地基固结沉降所致差异沉降占主导地位，由于土体承载力低，压缩性大，沉降速度慢，工后沉降量大，最终所致路基顶面沉降差异明显，路面开裂损坏严重。
3）行车荷载的影响。行车荷载使土体承受周期性加卸载作用，加速土层固结压缩。但当路基内部存在轻微损伤时，行车荷载的长期反复作用使损伤不断扩大，道路强度与刚度逐年降低，并在路面上逐渐产生开裂、不平整等损坏，车辆荷载行经病害处又会对路基路面产生附加的冲击作用，这种冲击作用加剧了对路面的损害，同时还会直接影响行车稳定与安全。因此，车辆荷载应作为拓宽路基沉降分析中的重要因素。
3 拓宽路基差异沉降处治技术研究
3.1 路基台阶开挖
1）因为老路边坡表层存在大量的植被，而且在雨水风沙长时间的侵蚀下，其密实度严重不足，如果不进行合理的处理，新老路基接触面将非常薄弱，其整体性较差。为了增大新旧路基拼接部位的紧密程度，提高拓宽路基的整体性，有必要对老路边坡进行削坡处理。
2）在旧路基坡面开挖台阶可增大新旧路基间的接触面积，提高新旧拼接面间的摩擦力和抗剪能力，使两者更好的结合成一个整体，使路基更加稳定。
3）因为台阶具有一定的宽度，这就使得土工合成材料有一定的铺设和锚固区域，对提高新老路基结合部的衔接紧密程度和整体性是非常有利的。
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3.2 土工格室的应用
土工格室是由强化的高密度聚乙烯片材，经焊接或连接件连接而形成的一种立体网状结构的土工合成材料，其加筋体是格室与其中填料构成的复合体，其加筋机理主要有以下3个方面：
1）土工格室的约束力。当土体受到外力作用下而发生侧向形变时，高强格室侧壁会对其内部土进行环形约束，有效限制了土体侧向变形；格室侧壁也会对土体产生竖向摩擦约束。
2）土工格室与土的复合结构模量较原未处治路基土模量大，从而使得复合体具有较高的抗拉强度与压缩刚度，满铺在路基内部会起到分散荷载作用、均化应力应变，减少差异沉降，增强整体稳定性，提高拓宽道路使用性能；
3）土工格室可使填料的表观粘聚力成倍提高，可以加大土颗粒之间的相互吸引作用。作用机理见下图所示。
3.3 进行地基处理
随着地基抵抗变形能力的增加，新老路基顶面的差异沉降显著减小。所以，进行地基处理，可以提高地基的承载能力和抗变形能力，增强拓宽路基的稳定性，减小新老路基的差异沉降。常用的方法有以下几种：
1）排水固结法。又称预压法，是通过预压荷载使软土地基的土体发生固结，孔隙水由土中排出，孔隙体积相应减小，土体强度得到提高，从而达到减小地基工后沉降和提高地基承载力的目的。
2）垫层和换填垫层法。垫层和换填垫层适用于表层软土厚度小于3m的浅层软弱地基处理。垫层材料可分为碎石垫层、砂砾垫层、石屑垫层等。起排水作用的碎石垫层、砂砾垫层的厚度宜为0.5m，不应小于0.3m，两侧各宽出路堤底宽0.5～1m，可满足地基固结排水需求且有利于夯压冲击力的传播。换填垫层主要是根据设计要求挖去地表浅层软弱土层或差异土层，回填均匀一致的级配砂石材料，通过夯击或碾压等方式，形成符合地基承载力要求的砂石垫层，换填厚度不宜大于3m。
3）强夯法。强夯法主要是采用重锤由一定高度处下落来夯击土层，使地基迅速固结的方法，提高软弱地基的承载力的方法。其施工简单，进度快，工期短，费用低，对周围环境影响大。
4）冲击碾压。冲击碾压的工作原理是通过非圆形冲击轮的快速滚动，对土体进行冲击、揉搓及静压等作用，使土体从上部至下部深层随着压力波的传递得到压实，加固效果和压实效率远超过传统压路机；与强夯法相比，冲击碾压技术的加固深度相对较小，对周围建筑物影响也较小，在大面积浅层地基加固方面更为节省施工成本和工期。
3.4 控制填料
在填料控制方面，目前国内研究倾向于从两个方面考虑：利用优质透水性材料提高路基承载力；采用轻质填料减小附加应力以降低差异沉降。在公路扩建工程中，为了降低路基本身的压缩变形以及增强水稳性，最好能采用透水性砂石填料。轻型的填料是指岩土工程中密度小于一般天然土体的填筑材料，主要有粉煤灰、炉渣、泡沫聚苯乙烯（又称EPS)和气泡混合轻质土等填筑材料。由于其密度小于一般土体，因此可以减小拓宽部分新填筑的路基土自重引起的垂直应力以及作用于旧路基产生的附加应力，从而减少旧路基的附加沉降及新旧路基之间的差异沉降，提高路基的稳定性。
结语
由以上可以看到，软基差异沉降处理技术对我国公路的路基扩建具有非常重要的意义。针对当前我国公路扩建加宽中存在的诸如已建公路在经过多年的运营之后已经形成了基本沉降，新老路基的连接不够紧密等方面的问题，需要相关人员切实做好已建老路基沉降的观测、新老路基结合位置软土地基的处理方式、提高新老路基的抗裂能力和整体性以及加宽路基允许工后沉降及新老路基差异沉降控制标准等方面的工作，进而加强我国软土地基上公路路基扩建加宽建设，最终提高我国高速公路路基的建设。
参考文献：
[1]蔡振山.公路拓宽工程软基处理差异沉降和可靠度研究[D].华侨大学，2012（3）
[2]徐炬平.高速公路拓宽工程差异沉降处理技术研究[D].合肥工业大学，2008（3）
论文作者:杨栋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/27
标签：路基论文; 差异论文; 地基论文; 公路论文; 荷载论文; 新老论文; 填料论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;