李世奎

在軟土地基上進(jìn)行高速公路的拓寬工程，由于新老路基的固結(jié)程度不同，將會導(dǎo)致路基的不均勻沉降，從而造成路面的開裂。因此，必須準(zhǔn)確掌握新老路基的沉降量，并驗(yàn)算其新老路基的工后沉降量是否能夠滿足差異沉降的控制要求。為提高新老路基沉降量的準(zhǔn)確性，本文就新老路基的沉降計(jì)算進(jìn)行了分析研究。

1 加寬新路堤沉降分析

從理論上來講，由于高速公路路基的壓實(shí)程度相對較高，因此高速公路擴(kuò)建工程的路基沉降主要來源于地基沉降。高速公路擴(kuò)建工程兩側(cè)加寬增加的四邊形荷載主要產(chǎn)生兩部分沉降:1)加寬荷載本身引起的新路地基的沉降;2)加寬荷載對老路地基產(chǎn)生的附加沉降。

1)計(jì)算點(diǎn)的選取。沉降計(jì)算應(yīng)選取最大沉降點(diǎn)的沉降值作為計(jì)算點(diǎn)。高速公路拓寬工程路基地表最大的沉降點(diǎn)位于加寬路基形心位置下附近，因此，計(jì)算時可以取加寬路基形心下的點(diǎn)作為計(jì)算點(diǎn)，將該點(diǎn)的計(jì)算沉降值作為加寬路基下軟土地基處理設(shè)計(jì)的參照值。2)沉降計(jì)算方法。計(jì)算中將拓寬路基荷載換算為梯形荷載，如圖1所示，然后計(jì)算梯形荷載下加寬地基中各層土體的附加應(yīng)力，當(dāng)兩側(cè)加寬時，要考慮另一側(cè)加寬路基在本側(cè)地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，將兩側(cè)的附加應(yīng)力進(jìn)行疊加，最后按照分層總和法計(jì)算加寬路基的最終沉降量。由于加寬路基在老路基荷載的長期作用下，部分上層土體會發(fā)生不同程度的固結(jié)，部分土體還有可能成為超固結(jié)土，因此，在采用分層總和法計(jì)算時，應(yīng)考慮這部分土層的固結(jié)程度和應(yīng)力的影響，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。高速公路加寬工程新老路基附加沉降計(jì)算。加寬荷載對老路地基產(chǎn)生的附加沉降沿路基橫斷面向老路基中心方向逐漸減小，可以根據(jù)老路固結(jié)程度進(jìn)行簡化計(jì)算。如果老路基的固結(jié)程度較高，沉降變形已基本穩(wěn)定，老路基的沉降變形認(rèn)為是其在老路基荷載下的再壓縮的變形(或壓縮變形的延續(xù))，即在老路基擴(kuò)建前的應(yīng)力狀態(tài)下增加相應(yīng)的附加應(yīng)力，在原地基土的e—logP曲線上根據(jù)老路基現(xiàn)在的應(yīng)力水平選擇相應(yīng)的孔隙比，根據(jù)分層總和法就可計(jì)算出老路基下的附加沉降。老路基的附加最終沉降量還可按照加寬后整個路基的最終沉降量減加寬前老路基的沉降量近似獲得。加寬后整個路基的最終沉降量由分層總和法計(jì)算得到;加寬前路基的沉降量由老路總沉降量乘以加寬前老路地基的平均固結(jié)度獲得，即:S老路附加總=S整個新路總－U老路加寬前S老路總。

2 加寬新路堤沉降計(jì)算

以某高速公路一段濕軟地基拓寬工程為例，計(jì)算濕軟地基沉降量。該路基填土容重γ=20 kN/m3，路堤高度為2 m，黏土層厚5 m。路堤的最大強(qiáng)度p=γH=20×2=40 kPa。

路堤填土的重力產(chǎn)生的荷載為梯形分布，如圖2所示，加寬路堤部分可轉(zhuǎn)化為梯形荷載abcd，將梯形荷載abcd分解成兩個三角形荷載ebc及ead之差簡化計(jì)算。

加寬路基的附加應(yīng)力可按土力學(xué)中的疊加方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化計(jì)算。

下面以深度為4 m的地層沉降計(jì)算為例，介紹加寬路堤對老路基沉降的影響。計(jì)算步驟如下:

1)分層:假定亞黏土為均質(zhì)土，且地下水位大于5 m處，將分層厚度Hi=0.8 m。2)求各分層面的自重應(yīng)力:σci=∑γiHi。其中，γi為各層亞黏土的容重，γi=14.8 kPa/m～16.6 kPa/m。3)計(jì)算各分層的平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力。平均自重應(yīng)力為:。平均附加應(yīng)力為:。4)由壓縮曲線查出各分層的初始孔隙比(對應(yīng)于p1i)和壓縮穩(wěn)定后的孔隙比(對應(yīng)于p2i)。由于無壓縮曲線資料，本報(bào)告按照地基處理前后孔隙比的變化，參考比較成熟的黏性土壓縮曲線，按照最不利的條件來計(jì)算分析。5)計(jì)算路基的沉降量。如圖2a)所示，分別取特殊點(diǎn):a.在原路堤中心線以下的點(diǎn)A;b.原路堤路肩以下的點(diǎn)B;c.原路堤坡腳以下的點(diǎn)C;d.加寬路堤的形心以下的點(diǎn)D。

通過以上計(jì)算得到西寶高速公路原路堤單側(cè)拓寬8 m時的地基表面下4 m深的沉降量圖如圖3所示。

同理，對不同拓寬方式、不同單側(cè)加寬寬度以及不同路堤高度進(jìn)行沉降量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖4～圖6。

由圖4～圖6沉降計(jì)算圖可以看出:

1)隨著拓寬寬度的增加，差異沉降也逐漸增大，當(dāng)單側(cè)拓寬寬度為2 m時，差異沉降為2.8 cm;寬度為8 m時，差異沉降為10.13 cm。隨著寬度的增加，路堤頂面邊緣的差異沉降曲線的曲率逐漸減小，在寬度達(dá)到8 m以前，沉降最大值都發(fā)生在路堤頂面邊緣，當(dāng)寬度達(dá)到8 m后，沉降最大值發(fā)生在路堤頂面邊緣外側(cè)。

2)若需拓寬8 m，采用雙側(cè)拓寬、每側(cè)拓寬4 m，差異沉降為5.73 cm，采用單側(cè)拓寬8 m，差異沉降則達(dá)到10.13 cm。從圖4中可以看見，雙側(cè)拓寬時曲線較單側(cè)拓寬要平緩，即差異沉降不大，所以，如果其他拓寬條件許可，對于路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能而言，采用雙側(cè)拓寬比較有利，一方面，將拓寬寬度分布于兩側(cè)有利于減小沉降的絕對值;另一方面，雙側(cè)拓寬對老路沉降的貢獻(xiàn)較大，有利于減小整個橫斷面的差異沉降。

3)隨著填土高度的增加，最大差異沉降逐漸向外側(cè)移動，且最大沉降值也在增加。這就意味著對于高填土路堤，需要采取更多有效的減小差異沉降的措施，并且保證足夠的新老結(jié)合面的強(qiáng)度。

3 結(jié)語

在相同的加寬寬度下，采用兩側(cè)拓寬，有利于減小沉降的絕對值，也有利于減小整個橫斷面的差異沉降;隨著加寬寬度的增加，加寬路基的沉降和新老路基的差異沉降及水平位移逐漸增加，最大沉降點(diǎn)也逐漸向路基外側(cè)移動，單側(cè)加寬比兩側(cè)加寬更為顯著。

［1］黃琴龍，凌建明，唐伯明，等.舊路拓寬工程的病害特征和機(jī)理［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32(2):197-201.

［2］唐朝生.新老路基拼接中差異沉降的數(shù)值模擬［J］.公路交通科技，2007(3):29-30.

［3］經(jīng) 緋，邵光輝，劉松玉.軟土地基上路堤沉降變形特性分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2001(6):31-34.