新老路基結(jié)合部處治技術(shù)重點(diǎn)

1、新老路基結(jié)合部處治技術(shù)一一研究報(bào)告簡(jiǎn)本新老路基結(jié)合部處治技術(shù)摘要：我國(guó)已進(jìn)入道路改擴(kuò)建的高峰期，路基拓寬、新老路基結(jié)合面臨諸多技術(shù)難題。本 項(xiàng)目通過(guò)多種技術(shù)手段相結(jié)合的方法，對(duì)路基拓寬工程的技術(shù)特征和工程問(wèn)題、新老路基不協(xié) 調(diào)變形的特點(diǎn)、計(jì)算方法及對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響、拓寬路基的設(shè)計(jì)理論和方法、新老路基結(jié)合部 處治的原理、方法和施工技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，總結(jié)了路基拓寬工程中新老路基結(jié)合的 主要方式及其分類(lèi)方法、常見(jiàn)病害及其成因機(jī)理，提出了新老路基不協(xié)調(diào)變形的計(jì)算方法，揭 示了新老路基不協(xié)調(diào)變形的特征規(guī)律、路面結(jié)構(gòu)對(duì)路基不協(xié)調(diào)變形的力學(xué)響應(yīng)及損壞模式。表 明，新老路基不協(xié)調(diào)變形是路基拓寬工程常見(jiàn)

2、病害的根源，基層頂面開(kāi)裂是拓寬道路特有的損 壞模式。在此基礎(chǔ)上，建立了基于不協(xié)調(diào)變形控制的路基拓寬設(shè)計(jì)理論和方法，系統(tǒng)地提出了 不同條件下新老路基結(jié)合部的處治技術(shù)及其施工控制，并在重慶、陜西、上海等三地的6項(xiàng)依托工程中進(jìn)行了應(yīng)用和驗(yàn)證，形成了新老路基結(jié)合部處治設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南，不僅為公路路基拓寬工程的設(shè)計(jì)和施工提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而且為相關(guān)技術(shù)規(guī)范的修訂提供了科學(xué)依據(jù)。Abastract: With the growth of transportation, China is undertaking a lot of programs of roadwide ning now. So it is

3、of great significanee to study the problem of road-widening and establish the design system. Based on the investigation of engineering and data at home and abroad, the comb in ati on modes of wide ning and exit ing subgrade are summarized firstly. Through the study on the meeha nism of failure of ro

4、ad- wide ning, which in eludes slidi ng of emba nkme nt, failure of reta ining structure and paveme nt, decreme nt of paveme nt con diti on, the collusi on is draw n that un coord in ated deformati on is the main reas on of the failure. On the basis of in door and field tests, through studies on com

5、putati on model of un coord in ated deformati on and paveme nt con structi onfesp onse toun coord in ated deformati on, this paper verifies that the un coord in ated deformati on appear the feature of ” and the distress mechanism of pavement includes tension failure of top of base, tension failure o

6、f bottom of base and shear failure of in terface. At the same time, the effects of coun termeasures to dimini shi ng un coord in ated deformati on are an alyzed. At last, the desig n method of road-wide ning and tech ni cal criteria are adva need, which have bee n put to the test in engin eeri ng.1新

7、老路基結(jié)合部處治技術(shù)一一研究報(bào)告簡(jiǎn)本1刖言近二十年來(lái)，我國(guó)的公路建設(shè)發(fā)展迅猛，至2002年底，全國(guó)公路總里程突破 176.5km。但總體而言，我國(guó)公路技術(shù)等級(jí)偏低，其中高速公路只占公路總里程的1.4%;而且20世紀(jì)90年代早期建成的部分高等級(jí)公路已不能滿(mǎn)足高速增長(zhǎng)的運(yùn)輸需求，先后或即將進(jìn)入拓寬改建階段。因此，為實(shí)現(xiàn)交通新的跨越式發(fā)展，我國(guó)將面臨越來(lái)越多的公路改擴(kuò)建工程。公路改擴(kuò)建工程大多涉及到線(xiàn)形調(diào)整和路基拓寬問(wèn)題，由于路基拓寬引起的路基路面變形、開(kāi)裂甚至滑移在實(shí)際工程中頗為常見(jiàn)。而我國(guó)在路基拓寬工程方面缺乏可資借鑒的成熟經(jīng)驗(yàn)， 更缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法、計(jì)算理論和規(guī)范指南。因而對(duì)路基拓寬的損壞模

8、式和設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行研 究具有非常重要的實(shí)際意義。國(guó)外通過(guò)合理的規(guī)劃盡量避免拓寬所帶來(lái)的新老路基結(jié)合問(wèn)題，當(dāng)確實(shí)需要進(jìn)行拓寬時(shí)， 采取了各種措施減小新老路基結(jié)合的不良影響。主要措施包括：避免新老路面的結(jié)構(gòu)差異、在 新老路基間設(shè)置沉降隔離樁、處治地基、結(jié)合部加筋和結(jié)合部邊坡處理、輕質(zhì)路堤等。但對(duì)新 老路基結(jié)合的病害及形成機(jī)理缺乏系統(tǒng)、深入的闡述，也沒(méi)有建立相關(guān)的設(shè)計(jì)理論。八、九十年代以前我國(guó)公路建設(shè)多以新建為主，在原有道路上進(jìn)行拓寬、改建的工程十分 罕見(jiàn)，關(guān)于路基拓寬和新老路基結(jié)合部處治等問(wèn)題并不突出，所以現(xiàn)行規(guī)范對(duì)此類(lèi)問(wèn)題涉及甚 少。九十年代中后期，我國(guó)開(kāi)始面臨大量的道路拓寬工程，設(shè)計(jì)和施工人員在

9、工程建設(shè)中作了 不少?lài)L試性研究，但總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)仍處于僅對(duì)相關(guān)工程個(gè)案的處治措施進(jìn)行施工經(jīng)驗(yàn)介紹和 總結(jié)的水平，雖有一定的工程實(shí)踐，但尚缺乏驗(yàn)證和相應(yīng)的技術(shù)支持；沒(méi)有對(duì)有關(guān)病害和各種 處治措施進(jìn)行系統(tǒng)的分析，對(duì)“舊路拓寬”的特殊性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論缺乏深 入的研究；而且，一些嘗試性的計(jì)算分析在模型的建立和應(yīng)用范圍方面存在很大缺陷。所以， 迫切需要根據(jù)我國(guó)國(guó)情，對(duì)路基拓寬的病害機(jī)理進(jìn)行全面系統(tǒng)的理論分析，并對(duì)相關(guān)處治措施 進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)。本項(xiàng)目的研究目標(biāo)是針對(duì)西部地區(qū)公路路基拓寬的工程特點(diǎn)和技術(shù)問(wèn)題，對(duì)不同條件下新 老路基拼接和結(jié)合部處治的設(shè)計(jì)方法、工程措施和施工技術(shù)進(jìn)行研究，為公路

10、改擴(kuò)建工程提供 技術(shù)基礎(chǔ)；對(duì)有關(guān)設(shè)計(jì)方法、工程措施和施工技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析和總結(jié)，為相關(guān)技術(shù)規(guī) 范的修訂提供科學(xué)依據(jù)。針對(duì)上述研究目標(biāo)，結(jié)合西部地區(qū)公路工程的實(shí)際情況，本項(xiàng)目主要通過(guò)既有工程（及資 料）調(diào)研與依托工程調(diào)研相結(jié)合、室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合、理論分析與數(shù)值分析相結(jié)合、 工程試驗(yàn)與工程應(yīng)用及跟蹤觀(guān)測(cè)相結(jié)合等技術(shù)手段，對(duì)新老路基結(jié)合部處治技術(shù)進(jìn)行研究。2路基拓寬工程的主要方式及工程技術(shù)問(wèn)題（1）系統(tǒng)地提出了路基拓寬的分類(lèi)方法，按照如表1所示五大分類(lèi)因素，將路基拓寬方式分為17大類(lèi)、36小類(lèi)，并分析了各種拓寬方式存在的工程技術(shù)問(wèn)題。表1新老路基結(jié)合方式的分類(lèi)因素地基地形條件拓寬范圍新

11、老路基填挖方式新老邊坡類(lèi)型共同作用層厚度平原軟弱地基單側(cè)高填方自然放坡P厚山區(qū)軟弱地基雙側(cè)中等填方支擋結(jié)構(gòu)中山區(qū)緩坡、良好地基低填方棧橋薄山區(qū)陡坡、良好地基深挖方無(wú)淺挖方（2）通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，總結(jié)歸納了路基拓寬工程、新老路基結(jié)合的四種常見(jiàn)病害，即路 基失穩(wěn)、支擋結(jié)構(gòu)損壞、路面損壞和路面整體性能下降。其中，路面損壞是新老路基結(jié)合最常 見(jiàn)的病害，路基失穩(wěn)和支擋結(jié)構(gòu)損壞是穩(wěn)定性不足在拓寬工程中的表現(xiàn)，而路面整體性能下降 是伴隨著以上各種病害的發(fā)展而產(chǎn)生的。（3）從新路基穩(wěn)定性不足和新老路基不協(xié)調(diào)變形兩個(gè)方面系統(tǒng)分析了新老路基結(jié)合的病害機(jī)理。新路基穩(wěn)定性不足包括拓寬部位地基過(guò)陡和拓寬部位地基軟弱（含

12、軟弱下臥層）；新老路基不協(xié)調(diào)變形包括新老路基差異沉降、新老路基、路面抗變形能力差異、新老路基結(jié)合不良、 排水系統(tǒng)不完善、設(shè)施養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等4個(gè)方面?；谏鲜龇治?，明確了除新路基穩(wěn)定性不足的情況以外，“新老路基不協(xié)調(diào)變形”是路基拓寬工程病害的根本原因。3新老路基不協(xié)調(diào)變形的特點(diǎn)和計(jì)算方法（1） 系統(tǒng)總結(jié)了新老路基不協(xié)調(diào)變形的組成，并分析各組成部分占主導(dǎo)地位時(shí)所導(dǎo)致的路 基、路面損壞部位：路基自身壓縮變形占主導(dǎo)時(shí)，拓寬路面可能產(chǎn)生損壞；地基固結(jié)變形差異占主導(dǎo)時(shí)，老路路面可能產(chǎn)生損壞；結(jié)合部蠕滑、滑移占主導(dǎo)時(shí)，結(jié)合部附近路面可能產(chǎn)生損 壞。（2） 采用DP模型模擬巖土體的非線(xiàn)性本構(gòu)、結(jié)合三維BIOT固

13、結(jié)理論考慮不協(xié)調(diào)變形的 時(shí)間變化規(guī)律、應(yīng)用單元生死技術(shù)獲得地基的初始應(yīng)力并全過(guò)程模擬施工工序，建立了新老路基不協(xié)調(diào)變形的平面有限元計(jì)算分析模型。（3）應(yīng)用所建立的有限元模型，系統(tǒng)分析了路基拓寬寬度、拓寬方式、地質(zhì)條件和地形條 件等因素對(duì)新老路基不協(xié)調(diào)變形的影響，進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和室內(nèi)模擬試驗(yàn)，揭示了新老路 基不協(xié)調(diào)變形的總體特征： 填方拓寬工程中，老路基在新路基荷載作用下，遠(yuǎn)離拓寬路基的部分沉降較小，靠近拓 寬路基的部分沉降較大，且路基頂面不協(xié)調(diào)變形的變坡率也呈相同趨勢(shì)。 新老路基不協(xié)調(diào)變形隨著拓寬寬度的增大而增大，當(dāng)拓寬寬度超出老路基坡腳范圍時(shí)， 不協(xié)調(diào)變形在達(dá)到最大值后逐漸減小，從而呈現(xiàn)

14、出一定的盆形反坡。 老路堤的不協(xié)調(diào)變形呈上凸?fàn)?，新路堤的不協(xié)調(diào)變形呈下凹狀，路基頂面的不協(xié)調(diào)變形總體呈“”形。 新老路基結(jié)合部附近有可能出現(xiàn)變坡率的突變。 較單側(cè)拓寬而言，采用雙側(cè)拓寬能夠?qū)⑼貙捖返痰淖灾睾奢d分配到老路堤兩側(cè)，極大地減小新老路基不協(xié)調(diào)變形量。（4）通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證了理論（數(shù)值）分析得到的新老路基不協(xié)調(diào)變形的 總體特征。4路面結(jié)構(gòu)對(duì)不協(xié)調(diào)變形的力學(xué)響應(yīng)（1）以層狀體系為基礎(chǔ)，以路基不協(xié)調(diào)變形作為路面結(jié)構(gòu)層底的約束條件，建立了路面結(jié) 構(gòu)對(duì)路基不協(xié)調(diào)變形力學(xué)響應(yīng)的有限元分析模型。（2）系統(tǒng)分析了路面結(jié)構(gòu)對(duì)新老路基不協(xié)調(diào)變形的力學(xué)響應(yīng)，進(jìn)而總結(jié)了新老路基不協(xié)調(diào)變形在路面結(jié)

15、構(gòu)中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力：新（老）路基層（面層）底面拉應(yīng)力、老路基層（面 層）頂面拉應(yīng)力以及新老路基結(jié)合部的應(yīng)力集中等二種方式，并以基層彎拉強(qiáng)度為驗(yàn)算指標(biāo)， 分析了典型路面結(jié)構(gòu)對(duì)不協(xié)調(diào)變形的承受能力。（3）通過(guò)室內(nèi)人為控制造成新老路基間的工后差異沉降來(lái)模擬路基拓寬所造成的新老路基 不協(xié)調(diào)變形，研究了新老路基差異沉降對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能的影響規(guī)律，驗(yàn)證了理論（數(shù)值）分析 的合理性。5基于變形控制的路基拓寬設(shè)計(jì)方法與參數(shù)（1）基于新老路基不協(xié)調(diào)變形和路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)分析，提出了路基拓寬的4種損壞模式和相應(yīng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)，如表 2。表2路基拓寬的損壞模式及相應(yīng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)損壞模式設(shè)計(jì)狀態(tài)新老路基結(jié)合部剪切開(kāi)裂結(jié)

16、合面上的剪應(yīng)力 結(jié)合面抗剪強(qiáng)度新老路面結(jié)合部基層頂面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力 結(jié)合部路面基層彎拉強(qiáng)度彎拉開(kāi)裂基層底面結(jié)構(gòu)底面附加應(yīng)力+結(jié)構(gòu)底面荷載應(yīng)力基層彎拉強(qiáng)度老路基層頂面彎拉開(kāi)裂老路基層頂面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力老路基層彎拉強(qiáng)度新（老）路基層底面彎拉開(kāi)裂結(jié)構(gòu)底面附加應(yīng)力+結(jié)構(gòu)底面荷載應(yīng)力基層彎拉強(qiáng)度（2）以新老路基頂面不協(xié)調(diào)變形（變坡率）為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以基層頂面或底面彎拉應(yīng)力為驗(yàn) 算指標(biāo)，系統(tǒng)提出了“基于不協(xié)調(diào)變形控制的路基拓寬設(shè)計(jì)理論和方法”，并給出了典型半剛性基層瀝青路面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如表 3所列。（3）拓寬路基穩(wěn)定性分析方法與現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和手冊(cè)基本相同，但根據(jù)新老路基結(jié)合的特點(diǎn)，提出了拓寬路基的陡坡穩(wěn)定性分析

17、方法。（4）應(yīng)用正交分析的方法分析了路面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響表3典型半剛性基層瀝青路面路基拓寬的變坡率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)老路路面結(jié)構(gòu)利用情況新老路面結(jié)合狀態(tài)路基頂面變坡率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（%老路基新路基不利用0.40.4利用分離1.50.5結(jié)合1.50.5-0.18 W新、老路基變坡率差值W0.436新老路基結(jié)合部處治技術(shù)原理、方法及施工控制（1） 在明確路基拓寬病害機(jī)理和新老路基不協(xié)調(diào)變形控制途徑的基礎(chǔ)上，提出了以變形 協(xié)調(diào)與控制”為核心、設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)相統(tǒng)一、因地制宜、綜合處治的基本技術(shù)思想。按照處治部位和處治機(jī)理將新老路基結(jié)合部處治技術(shù)分為內(nèi)部處治、外部處治和綜合處治等三大類(lèi)，并提出了不同

18、拓寬條件下各類(lèi)處治技術(shù)的選擇原則和技術(shù)要求。（2）基于新老路基不協(xié)調(diào)變形控制，提出了 一系列新老路基結(jié)合部處治實(shí)用技術(shù)，明確了 各種措施的技術(shù)原理、應(yīng)用方法、施工工藝及質(zhì)量控制方法： 總結(jié)了新老路基結(jié)合部界面處治的技術(shù)原理和處治內(nèi)容，并給出了臺(tái)階開(kāi)挖的建議值， 如表4所示。表4臺(tái)階高寬比和設(shè)置原則原（老路基）邊坡1 :11: 1.251 : 1.5開(kāi)挖臺(tái)階坡度1 : 1 1:1.251: 1.25 1 : 1.51 : 1.5 1 : 1.75 分析了路基壓實(shí)度對(duì)新老路基不協(xié)調(diào)變形的影響，并結(jié)合路面結(jié)構(gòu)對(duì)新老路基模量比的力學(xué)響應(yīng)，給出了拓寬路基壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)，如表5所示。表5拓寬路基填料及壓實(shí)

19、度控制標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)新老路基模量比E0 new/E0old1.22.0新路基壓實(shí)度填土路基 95%土石混填或填石路基 93% 通過(guò)加筋土路用性能的室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析了結(jié)合部加筋的處治機(jī)理。試驗(yàn)及分析結(jié)果表明，結(jié)合部加筋可以顯著提高新老路基的整體穩(wěn)定性，減小路基拓寬所產(chǎn)生的不協(xié)調(diào)變 形，提高路基土的承載能力和反復(fù)荷載作用下的抗變形能力。不同填料的加筋效果有別，實(shí)際 工程中應(yīng)根據(jù)加筋材料與土體之間的綜合摩阻效應(yīng)和張力膜效應(yīng)合理選擇填料。就加筋復(fù)合土 體的反應(yīng)模量而言，土工網(wǎng)和土工格柵鋪設(shè)的合理間距約為30cm60cm；就減小軟土地基的不 協(xié)調(diào)變形而言，在滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求的前提下，不應(yīng)片面追求加

20、筋層數(shù)的增加。 EPS超輕質(zhì)、自立性好，二灰輕質(zhì)、板體性好，兩種填料可以有效減小新老路基的不協(xié) 調(diào)變形，在軟土地區(qū)地路基拓寬工程中具有良好的應(yīng)用前景。 復(fù)合地基主要通過(guò)豎向增強(qiáng)體來(lái)提高拓寬路基的地基承載力和壓縮模量，施工過(guò)程中對(duì)老路基地基的影響較小，能提高拓寬路基的穩(wěn)定性并顯著減小新老路基不協(xié)調(diào)變形。 設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)能夠有效限制側(cè)向位移，而且減小拓寬路基的自重， 從而減小路基自身壓縮變形和新老路基界面蠕滑變形。支擋結(jié)構(gòu)可以收縮邊坡以節(jié)約公路用地和土石方用量。 當(dāng)控制路基不協(xié)調(diào)變形的代價(jià)較高時(shí)，可以采用在基層底面鋪設(shè)加筋材料，增強(qiáng)基層抵抗不協(xié)調(diào)變形的能力，并起到分散應(yīng)力、延緩開(kāi)裂變形的作用，從而提

21、高路面結(jié)構(gòu)對(duì)不協(xié)調(diào)變形的適應(yīng)能力。7試驗(yàn)路實(shí)施與評(píng)價(jià)(1) 通過(guò)對(duì)重慶、陜西、上海等地進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，確定重慶319國(guó)道新橋山洞段、重慶 大榮路、陜西安平二級(jí)公路、陜西銅川市西環(huán)線(xiàn)、陜西銅川市錦陽(yáng)路、滬杭高速公路大港立交等6個(gè)具有代表性的路基拓寬工程作為依托工程，各試驗(yàn)路按照拓寬條件的不同分別劃為若干 個(gè)試驗(yàn)路段。(2) 根據(jù)各依托工程的拓寬條件，采取的處治措施包括開(kāi)挖臺(tái)階和結(jié)合面處治、填料與壓實(shí)度控制、土工格柵加筋、EPS輕質(zhì)路堤、復(fù)合地基、設(shè)置擋墻、排水措施等。(3) 對(duì)于各試驗(yàn)工程，主要通過(guò)沉降板、沉降管、沉降釘、位移樁、顯示滑動(dòng)式沉降儀等分別進(jìn)行沉降、水平位移和分層壓縮變形的觀(guān)測(cè)；埋設(shè)土壓力盒進(jìn)行土壓力觀(guān)測(cè)；運(yùn)用PFDW進(jìn)行路面承載能力測(cè)試；采用瞬態(tài)瑞雷面波勘探儀、地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行路基壓實(shí)度檢測(cè)；通過(guò)目測(cè) 調(diào)查評(píng)價(jià)拓寬路基路面的路用狀況。(4) 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路實(shí)施效果的跟蹤觀(guān)測(cè)和評(píng)價(jià)，證實(shí)了項(xiàng)目各項(xiàng)成果的合理性和可靠性。8結(jié)論、創(chuàng)新和建議(1)主要成果： 路基拓寬方式及分類(lèi)。 路基拓寬工程病害及成因機(jī)理。 新老路基不協(xié)調(diào)變形的組成和影響。 新老路基不協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)變形的有限元計(jì)算方法。 新老路基不協(xié)調(diào)變形的總體特征。 路面