王 偉

（昆山市交通運輸局，江蘇 昆山215300）

0 引言

近年來隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多現(xiàn)有公路不能滿足日益增長的交通需求，同時受國家18 億畝耕地紅線控制，新增用地審批手續(xù)愈發(fā)嚴(yán)格，因而利用老路來拓寬提級改造成為區(qū)域交通增容的主要手段之一。

路基沉降由瞬時沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分組成。在舊路建設(shè)時，路基的瞬時沉降就已經(jīng)結(jié)束；在運營期間，在老路自重及其車輛荷載的長期作用下，軟土地基中土顆粒骨架之間的水分逐漸排出，土顆粒骨架發(fā)生的蠕變也基本結(jié)束，也就是說，在拓寬建設(shè)時期，老路主固結(jié)沉降以及次固結(jié)沉降也已基本結(jié)束，地基已趨于穩(wěn)定[1]。而對于拓寬路段，從建設(shè)到運營期間，初始沉降、固結(jié)沉降及其次固結(jié)沉降都將會繼續(xù)發(fā)生；在運營期間將會繼續(xù)發(fā)生主固結(jié)、次固結(jié)沉降，這也是新建拓寬段與舊路之間發(fā)生差異沉降的主要原因，隨著施工時間間隔的增大，差異沉降也將越大，同時加上荷載的不均勻性，也使得新老路基的沉降變形特性存在較大的差異，最終導(dǎo)致結(jié)合部路面出現(xiàn)裂縫、破損、行車不舒適等現(xiàn)象[2]。

1 項目概況

224 省道昆山周市至常熟任陽段舊路路基寬18m，路面寬15.5m，拓寬后采用雙向六車道主輔路標(biāo)準(zhǔn)，主路設(shè)計速度為100km/h，輔道設(shè)計速度為30km/h，老路肩開挖寬度為2.5m，雙側(cè)拓寬各12.75m，拓寬后總寬為41m（其中側(cè)分帶2×1.0m，輔道2×3.5m，非機(jī)動車道2×2.5m）。

項目線路上主要經(jīng)過長江流域沖積平原區(qū)，整個線路地形較為平坦，土層主要為亞砂土、黏土、亞黏土及淤泥質(zhì)亞黏土。研究標(biāo)段軟土路段為K0+000～K2+500、K4+600～K5+130，軟基段長度為3.03km，占該標(biāo)段總長度的58.7%。該標(biāo)段軟基主要分布在標(biāo)段兩頭，軟基分布于淺部，厚度大（19.7～23.7m），變化比較平緩；K4+600～K5+130軟土厚度較?。ㄐ∮?0m）[3]。

項目工程地質(zhì)條件復(fù)雜，沿線不良地質(zhì)主要為軟土，深厚且分布范圍廣，給新老路基拼接帶來了不利影響，新拼接路堤邊坡穩(wěn)定性問題尤為突出，亟需研究并提出適合于224省道拓寬改造工程的各種拼接方法和技術(shù)措施，從而為224省道及其他類似的高等級公路拓寬改造工程提供科學(xué)和可靠的參考依據(jù)。

2 拓寬路堤的穩(wěn)定性分析

路堤邊坡失穩(wěn)的原因有兩種[4]：

（1）土的抗剪強(qiáng)度由于受到外界各種因素的影響而降低，促使邊坡失穩(wěn)破壞；

（2）外界力的作用破壞了土體內(nèi)原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)。

舊路拓寬改造工程屬于第二種情況，拓寬路堤相當(dāng)于在舊路路堤兩側(cè)增加邊載，原有的路堤和地基中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變，在地基強(qiáng)度不足或路堤壓實度不夠的情況下可能發(fā)生滑動破壞。為了更好地反映新老路基之間的相互作用，本文采用《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2004）推薦的畢肖普法（Bishop）來模擬拓寬路堤的整體穩(wěn)定性。畢肖普法（Bishop）是在條分法的基礎(chǔ)上加以若干改進(jìn)，即假定邊坡穩(wěn)定是個平面應(yīng)變問題，滑裂面是個圓柱面，計算中只考慮土條間的橫向作用力，忽略豎向剪切力的作用，邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)Fs是滑裂面上全部抗滑力矩和滑動力矩之比[5]。

3 模型簡介

路堤填土高度h=3.0m，地基土層深度H=15m。老路堤開挖后頂寬B＝15.5m（半幅為7.75m），拓寬路堤寬度b=12.75m。新拓寬路堤的邊坡坡比均為1∶1.5，老路堤填土的強(qiáng)度參數(shù)為C1=30kPa、φ1=25°，新路堤填土強(qiáng)度參數(shù)為C2、φ2，路堤填土重度γ＝19kN/m3；地基強(qiáng)度參數(shù)為C3、φ3，地基土的重度γ＝18kN/m3。計算分析拓寬寬度變化、地下水位變化、新路堤填料和地基強(qiáng)度參數(shù)變化對拓寬后路堤整體穩(wěn)定性的影響。區(qū)域地下水位一般在地表下1.0m。

4 穩(wěn)定性評價

4.1 拓寬寬度的影響

新路堤參數(shù)C2＝15kPa、φ2＝20°；地基參數(shù)C3＝12kPa、φ3＝10°。圖1 所示為Fs隨拓寬寬度的變化情況，可以看出，隨著拓寬寬度b的增加，路堤整體穩(wěn)定安全系數(shù)減小。

圖1 Fs隨拓寬寬度變化

4.2 地下水位的影響

新路堤參數(shù)C2＝15kPa、φ2＝20°；地基參數(shù)C3＝12kPa、φ3＝10°。圖2 所示為Fs隨地下水位變化情況，可以看出，隨著地下水位的降低，路堤整體穩(wěn)定安全系數(shù)增大。

圖2 Fs隨地下水位變化

4.3 地基強(qiáng)度參數(shù)的影響

新路堤參數(shù)C2＝15kPa、φ2＝20°；地基參數(shù)C3、φ3可變。圖3所示為Fs隨地基強(qiáng)度參數(shù)的變化情況，可以看出，隨著地基強(qiáng)度參數(shù)的增加，路堤整體穩(wěn)定安全系數(shù)增大。

圖3 Fs隨地基強(qiáng)度參數(shù)變化

4.4 路基填料強(qiáng)度參數(shù)的影響

地基參數(shù)C3＝12kPa、φ3＝15°；新路堤參數(shù)C2、φ2可變。圖4 所示為Fs隨路基填料強(qiáng)度參數(shù)變化情況，可以看出，隨著路基填料強(qiáng)度參數(shù)的增加，路堤整體穩(wěn)定安全系數(shù)增大。

5 結(jié)論

拓寬路堤穩(wěn)定性分析表明：

圖4 Fs隨路基填料強(qiáng)度參數(shù)變化

（1）隨著地基參數(shù)和新路堤填料參數(shù)C、φ值的減小以及地下水位的升高，拓寬路堤的穩(wěn)定安全系數(shù)減小；

（2）影響路堤C、φ值的主要因素是壓實度和含水率，因此拓寬時要嚴(yán)格控制新路堤填料的壓實度和設(shè)計完善的施工臨時排水系統(tǒng)，保證拓寬路堤的整體穩(wěn)定性；

（3）地基參數(shù)對拓寬路堤整體穩(wěn)定性的影響大于拓寬路堤填料參數(shù)；

（4）隨著拓寬寬度b的增加，拓寬路堤的穩(wěn)定安全系數(shù)減小。

[1] 江蘇省交通科學(xué)研究院.滬寧高速公路擴(kuò)建工程路基拼接設(shè)計方法與施工工藝研究報告[R]. 南京：江蘇省交通科學(xué)研究院，2004.

[2] 河海大學(xué)，江蘇省交通基礎(chǔ)技術(shù)工程研究中心.滬寧高速公路路基拓寬綜合處理技術(shù)研究成果總結(jié)報告[R].南京：河海大學(xué)，2004.

[3] 朱士東.懸浮樁在高等級公路工程中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2012，4（1）：8-11.

[4] 周恒. 軟土地基上高等級公路拓寬工程設(shè)計方法研究[D].南京：東南大學(xué)，2005．

[5] E Vos, J F Couvreur, M. Vermaut. Comparison of numeri?cal analysis with field data of a road widening project on peaty soil[R]. Proc. International Workshop: Advances in understanding and modeling the mechanical behavior of peat.Balkema,Rotterdam,1994.