简析旧路加宽改造方案

1 试验路路基加宽方案设计的比选

1.1 试验路的基本概况

公路位于滁州市104国道中段, 路沿线地势平坦, 草原、湿地和沼泽约占全线总长的20%, 其地质条件主要属于第四纪沉积层, 地表土多为粉质中液限黏土和中液限黏土、并间有弱碱性盐渍土的交错分布, 其下为圆砾土、砂砾土和粉质黏土。地表排水不良, 土壤含水量较大, 对路基的稳定性与工程施工均有较大的影响。

1.2 试验路路基加宽方案设计

1.2.1 基本处治措施

(1) 基底清淤与换填。

旧路修筑时因就地取土而在路基边坡外侧形成了沿路线走向约1.5m深的积水沟, 沟底堆积了大量的淤泥。因此, 必须彻底清除边沟内的淤泥以提高路基基底强度, 减小由此而造成的新旧路基间的不均匀沉降。边沟清淤后换填天然砂砾, 砂砾层顶面需高出常水位20cm以上, 并在其上设置3%的横向排水坡以利排水。

(2) 台阶开挖与构筑。

为增加新旧路基的整体稳定性, 在填筑前须先将旧路路基边坡面开挖成台阶状。单侧加宽部分第一级台阶宽350cm, 高100cm, 其上三级台阶的宽×高均为150cm×100cm.双侧加宽部分均开挖成宽120cm高分别为120cm、80cm、80cm的三级台阶。

1.2.2 旧路路基单侧加宽方案

方案一 (S1) :二灰填筑方案, 即:基底换填天然砂砾、土工网、天然砂砾、粉质土、土工网、粉质土、二灰。在路基顶面以下1.0m范围内采用粉煤灰∶熟石灰=0.9∶0.1 (质量比) 的比例均匀拌和后填筑, 以构成轻质路堤。二灰作为轻质路堤填料具有很好的工程性质:其后期强度高、整体稳定性好, 能够有效地减小新旧路基间的刚度差;其自重荷载小, 能有效地减小路堤因自重荷载作用而产生的压缩变形, 对确保路基的容许工后沉降非常有利。

方案二 (S2) :三层土工网方案, 即:基底换填天然砂砾、土工网、天然砂砾、粉质土土工网、粉质土、土工网、粉质土。土工合成材料 (本试验路用土工网) 加筋路堤不仅可以增强新旧路基间的整体稳定性, 而且还可以使新加宽路基的强度和刚度得到很大的提高, 从而可有效地减小新旧路基间的刚度差异。土工合成材料还具有减小新加宽路基的不均匀沉降和侧向位移的作用从而使得路基横断面上的沉降趋于均匀。

方案三 (S3) :两层土工网方案, 即:基底换填天然砂砾、土工网、天然砂砾、粉质土土工网、粉质土。根据工程实践经验, 当路堤填方高度低于4.0m时, 在新加宽路基中可只铺设2层土工网。但考虑到行车荷载在新旧路基结合部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, 故在S2方案中铺设了3层土工网以进行对比试验。

1.2.3 旧路路基双侧加宽方案

方案一 (D1) :粉质土填筑方案, 即:基底换填天然砂砾、粉质土、不透水土工布、粉质土、不透水土工布。在粉质土路堤的内部和顶面各铺设一层不透水土工布, 可起加筋和隔离防渗的作用。由于不透水土工布的加筋作用可增强新旧路基间的整体稳定性好, 减小路基的不均匀沉降;由于不透水土工布的隔离防渗作用, 可防止垫层砂砾料的陷入, 并能防止雨水浸入对路基的破坏, 同时也可在一定的程度上减少路堤自身的压缩变形。

方案二 (D2) :粉煤灰填筑方案, 即:基底换填天然砂砾、粉煤灰、二灰、不透水土工布。

D2方案的地质条件相对较差, 采用粉煤灰、二灰的轻质填料填筑路堤, 不仅可以降低新路堤自重, 减小路堤的压缩变形, 而且还可以提高新路堤的强度和刚度, 并可减小路基在行车荷载作用下的塑性累积变形。轻质填料路堤同时起到了减小新旧路基间刚度差异和不均匀沉降的作用, 从理论分析和工程实践上来看, 是旧路加宽方案中较为理想的一种综合处治措施。

方案三 (D3) :二灰填筑方案, 即:基底换填天然砂砾、粉质土、二灰、不透水土工布。D3方案的地质条件相对较好, 采用粉质土二灰的半轻质路堤, 可使高新路堤的强度和刚度得到部分提高, 并能减小一部分路堤的压缩变形和塑性累积变形, 可作为与其它加宽处治方案的对比试验。

2 旧路加宽的地基沉降与路基稳定性分析

在旧路加宽改造中, 地基沉降和路基稳定性分析无疑是非常重要的。沉降的处理就是在路基施工过程中加速因新修路基而引起的地基沉降, 或者采取有效措施控制路基由于剪切变形而产生的侧向位移从而减小路基的工后沉降。对于稳定性的处理则必须增大新修路堤及地基的强度提高其抗剪切变形的能力。

由均质粘性土填筑的路堤的稳定性根据Fellenius滑动圆弧法进行分析, 路堤坍塌破坏时, 其滑动面为一曲面, 假定其为圆弧形, 圆弧滑动面的位置用4.5H法确定。土工合成材料的加筋作用按在常规的圆弧稳定分析方法中增加一个拉力的办法进行考虑, 把加筋力作为水平力施加于滑动土体, 来计算其稳定性和确定加筋层数。

在旧路加宽改造工程中, 由于新旧路基的固结程度不同, 将会导致路基的横向不均匀沉降, 从而造成路面的开裂破坏。因此, 必须准确掌握加宽路基的最终沉降量及固结度, 并验算其剩余沉降量是否满足工后沉降量的要求。在沉降分析中, 可假定旧路路基下的地基已趋于完全固结, 采用分层总和法计算新加宽部分路基的地基总沉降量。

3 旧路加宽的路基土压缩变形分析

路基土在其自重和路面结构等静荷载作用下的变形主要表现为土体的压缩变形, 可通过室内试验测定土的相应变形指标, 选取适宜的力学模型采用有限元法分析路基土的应力状态, 从而得到路基与地基的总变形量、不均匀变形量、不均匀变形范围以及变形与时间的变化关系等控制指标。在路基土压缩变形的有限元法分析中, 将新填筑的路基土视为弹塑性材料, 采用邓肯非线性模型。而将旧路路基视为弹性材料, 将土工织物视为线弹性材料, 按平面应变问题求解。其中, 路基和地基采用平面四边形等参单元、土工织物采用接触面单元、路面结构层采用弹性梁单元进行模拟, 假定土工织物与土体的界面间无相对位移, 采用如此所示的有限元分析模型。计算深度取决于容许误差的大小, 可通过控制应力比 (σd/σs) 的衰减程度来确定。如可采用应力比 (σd/σs) 的衰减至10%时的深度作为计算深度。如果取固定的计算深度和等层厚可使计算得到简化经过这样处理得出的计算结果仍能够满足要求。

4 结语

旧路加宽处治的方案很多, 各种方案都具其自身的优缺点和适用条件。在进行具体的方案设计时, 要对各种方案进行充分的研究, 然后综合考虑具体工程的地质条件、道路等级标准和使用要求、现场施工条件, 以及对周围环境的影响等因素, 选择最适宜的方案。

摘要：随着“大滁城”建设的告诉发展, 交通运量迅猛增长, 既有公路、城市道路等旧路加宽加铺改造工程也随着大量的付诸实施。如何对旧路进行加宽加铺改造的问题也日益突出。而其中要特别注意的问题: (1) 新旧路基间的不均匀沉降以及新路基的塑性累积变形对路面结构响应的影响; (2) 新旧路基间的刚度差异对路面结构响应的影响; (3) 面层反射裂缝的防治等。为此, 在旧路加宽改造工程的实施之前必须进行先期的方案试验研究。通常可采用软弱地基处理、基底清淤换填、旧路路堤台阶开挖、土工合成材料加筋垫层和加筋土路堤、土工织物防渗和排水、改良土高强路堤和轻质路堤、铺设土工合成材料防裂层或增大加铺层厚度等工程技术措施。本文结合滁州某公路加宽改造工程的实施, 提出旧路加宽综合处治方案设计时的几点意见。

关键词：旧路加宽,方案