劉 寧,吳軍軍,李大明,張培賢
(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司,山東 東營(yíng) 257091)
路基拓寬工程設(shè)計(jì)方法
劉 寧,吳軍軍,李大明,張培賢
(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司,山東 東營(yíng) 257091)
針對(duì)目前路基拓寬工程設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中存在的損壞問(wèn)題,分析了路基拓寬工程損壞類型,并提出了路基拓寬工程的設(shè)計(jì)方法,其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表明,路基拓寬工程設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用準(zhǔn)確性,應(yīng)在分析損壞類型出現(xiàn)原因的基礎(chǔ)上,來(lái)提高設(shè)計(jì)作用于實(shí)踐的效果價(jià)值。
路基拓寬工程;路面加筋;路基加筋;玻璃纖維格柵加筋
研究表明,路基拓寬工程施工建設(shè)出現(xiàn)的損壞問(wèn)題主要集中在四個(gè)方面,即路基失穩(wěn)、路面損壞、支擋結(jié)構(gòu)損壞以及路面整體性能下降。這里的路基失穩(wěn)是指,拓寬路基會(huì)沿新老路基結(jié)合面發(fā)生滑移,進(jìn)而引起整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌問(wèn)題。該病害主要發(fā)生在地質(zhì)環(huán)境惡劣區(qū)域,如軟弱地基、陡坡地形以及高填方路堤等。具體來(lái)說(shuō),如果拓寬路基沿著新老路基結(jié)合面發(fā)生較小程度的滑移,其結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題,進(jìn)而導(dǎo)致路基結(jié)合部位的路面出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題。此時(shí),雨水就會(huì)由裂縫進(jìn)入,通過(guò)降低新老結(jié)合面的強(qiáng)度,從而給路基結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)重影響。如發(fā)生的滑移程度增大,或是出現(xiàn)了整體坍塌現(xiàn)象,拓寬路面的整體效果就會(huì)受到影響,進(jìn)而使原有路基也出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象,如使用功能下降與結(jié)構(gòu)損壞等。
以最常出現(xiàn)的瀝青路面損壞為例,其主要表現(xiàn)為結(jié)合料松散、面層破碎以及道路橫坡改變等。個(gè)別情況,路基拓寬工程路面還會(huì)沿著新老路基的結(jié)合面出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。而對(duì)于水泥混凝土路面來(lái)說(shuō),其損害現(xiàn)象主要集中在脫空,嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)斑塊斷裂、錯(cuò)臺(tái)或是裂縫進(jìn)一步的擴(kuò)展等現(xiàn)象。
支擋結(jié)構(gòu)損壞的具體表現(xiàn)為:墻體整體滑移、擋墻墻面開(kāi)裂以及傾覆等。例如,如果墻底受到水浸泡、沖刷或是墻體處在滑坡體內(nèi)部,擋墻將受到土體壓力的影響,而產(chǎn)生墻體開(kāi)裂、繞墻趾傾覆以及整體滑移等問(wèn)題。此支擋結(jié)構(gòu)受損,拓寬路基結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)不同程度的穩(wěn)定性問(wèn)題,從而給拓寬路面的運(yùn)行使用帶來(lái)安全隱患。
而路面整體性能下降,則是隨著路面病害與道路橫坡變化出現(xiàn)的,其不僅會(huì)降低公路工程的結(jié)構(gòu)性能,還會(huì)對(duì)其整體的建設(shè)使用服務(wù)性能造成影響。此狀態(tài),當(dāng)拓寬路面的狀態(tài)指數(shù)、平整度以及整體結(jié)構(gòu)的承載能力下降到極限值時(shí),就會(huì)對(duì)路面行車安全帶來(lái)威脅。
針對(duì)上述問(wèn)題影響,相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在結(jié)合工程建設(shè)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上,從最初的設(shè)計(jì)階段入手,即在采用具有針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,來(lái)實(shí)現(xiàn)路基拓寬工程作用于道路網(wǎng)路環(huán)境的可持續(xù)性目標(biāo)。
路面結(jié)構(gòu)對(duì)路基剛度突變現(xiàn)象的力學(xué)響應(yīng),使得變形或是基層層底彎拉應(yīng)力會(huì)在新老路基模量小于1.0時(shí),隨著模量比的增加而呈現(xiàn)出明顯減小趨勢(shì)。而當(dāng)新老路基模量比大于1.0,結(jié)構(gòu)減小速率會(huì)明顯降低。為此,路基拓寬工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)在充分考慮路基自身壓縮變形和剛度突變兩個(gè)因素影響的情況下,通過(guò)控制路基填料與壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),來(lái)實(shí)現(xiàn)上述作用穩(wěn)定性控制目標(biāo)。如表1所示,為拓寬路基填料與壓實(shí)度設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。
表1 拓寬路基填料與壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)
拓寬路面工程的加筋設(shè)計(jì),就是在基層底面鋪設(shè)加筋材料,通過(guò)增加基層抵抗不協(xié)調(diào)變形的能力,從起到延緩結(jié)構(gòu)開(kāi)裂變形以及應(yīng)力分散的作用效果。此設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用,主要用于提升路面結(jié)構(gòu)對(duì)不協(xié)調(diào)變形的適應(yīng)能力。研究表明,當(dāng)路基拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)采用加筋設(shè)計(jì)后,基層底面的彎拉應(yīng)力會(huì)減小10%~20%。為此,路基拓寬工程設(shè)計(jì)人員要采用路面加筋設(shè)計(jì)方,來(lái)提高公路改擴(kuò)建工程建設(shè)使用的安全穩(wěn)定性。值得注意的是,實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程,還要控制好魄力纖維格柵和上下結(jié)構(gòu)粘結(jié)的完全效果,以使其加筋能力得到充分發(fā)揮。
路基拓寬工程進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)方法的目的為,提高地基結(jié)構(gòu)的抗變形能力,即通過(guò)減少新老路基的不協(xié)調(diào)變形問(wèn)題,來(lái)增加地基的承載能力。具體來(lái)說(shuō),由于地基處理技術(shù)的應(yīng)用,均會(huì)或多或少的對(duì)路基產(chǎn)生較大的擾動(dòng)和影響,因此,設(shè)計(jì)人員應(yīng)將控制工作集中在堆載、強(qiáng)夯以及預(yù)壓等幾個(gè)方面。例如,設(shè)計(jì)人員可采用豎向增強(qiáng)體,來(lái)提高拓寬路基部分的壓縮模量與地基承載力。這是因?yàn)椋嗽O(shè)計(jì)施工過(guò)程對(duì)舊路基的影響較小,較為適用于公路的路基拓寬工程。
支擋結(jié)構(gòu)主要設(shè)置在拓寬路基工程的以下情況,如:拓寬路基高度太大,其所產(chǎn)生的不協(xié)調(diào)變形問(wèn)題嚴(yán)重,需通過(guò)設(shè)計(jì)支擋結(jié)構(gòu),來(lái)降低拓寬路基填土的自身重量;拓寬路基的作用穩(wěn)定性達(dá)不到要求,需通過(guò)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu),來(lái)提高其穩(wěn)定運(yùn)行效果。拓寬路基放坡因土石方開(kāi)挖工程量大,需要通過(guò)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)來(lái)收縮邊坡,進(jìn)而起到節(jié)約造價(jià)成本的目標(biāo)價(jià)值。研究表明,作用于路基拓寬工程的支擋結(jié)構(gòu),與其他支擋結(jié)構(gòu)存在差異,即穩(wěn)定驗(yàn)算的滑裂面是從新舊路基結(jié)合面中進(jìn)行獲取,其材料參數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)為新填材料與界面材料的低值,從而控制墻后拓寬路基的回填壓實(shí)效果。
路基加筋設(shè)計(jì)技術(shù),就是通過(guò)增強(qiáng)拓寬路基的抗變形能力,來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的控制目標(biāo)。具體倆說(shuō),要進(jìn)行新老路基不協(xié)調(diào)變形室內(nèi)模擬試驗(yàn),如表2所以,為某工程采用的路基加筋模擬試驗(yàn)結(jié)果。
表2 工程路基加筋模擬試驗(yàn)結(jié)果
由上表可以看出,如果采用兩層玻璃纖維格柵加筋,即使不協(xié)調(diào)變形發(fā)生后,路基頂面回彈模量較未加筋部分仍會(huì)有較大幅度增加。
綜上所述,路基拓寬工程的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用,要在明確設(shè)計(jì)控制方向的基礎(chǔ)上,才能保證實(shí)際作用的科學(xué)合理性。為此,相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)通過(guò)路基拓寬工程施工建設(shè)過(guò)程出現(xiàn)的損壞問(wèn)題,來(lái)找出設(shè)計(jì)應(yīng)用的重點(diǎn)。事實(shí)證明,只有這樣才能使路基拓寬工程的建設(shè)使用效果發(fā)揮出真正的作用價(jià)值,即緩解當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展給交通運(yùn)輸業(yè)建設(shè)運(yùn)行過(guò)程所帶來(lái)的壓力影響。
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U412
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1008-3383(2017)10-0035-02
2017-08-01
劉寧(1985-),男,工程師,研究方向:路基、路面、排水、交通安全設(shè)施。