高等级公路沉降分析六篇

2024-09-13

高等级公路沉降分析篇1

关键词：高等级公路,路基,不均匀沉降,沥青路面,影响,附加应力

1 引言

由于高等级公路台背处的填土压实不当或者受狭小场地的限制, 使得台背填土达不到所要求的压实度, 在行车荷载的反复作用下, 一般都会产生不同程度的差异沉降。而且, 由于构造物下部基础一般较好, 致使构造物顶部路面的竖向塑性变形几乎为零, 这样就更加剧了台背处路基沉降的不均匀程度。

2 路基不均匀沉降对路面结构的影响有限元分析

路基不均匀沉降对路面结构产生的不良影响主要表现在以下二方面:

(1) 导致路面平整度降低, 从而发生跳车现象;

(2) 路基的不均匀沉降会引起路面结构的局部沉降, 从而使路表面产生附加应力σf。不均匀沉降值越大, 其产生的附加应力也越大。当不均匀沉降值超过某一限值, 路面结构就会因过大的附加应力和荷载应力叠加超过路面材料的强度而产生破坏, 导致路面裂缝的产生。

如图1所示, 计算模型取一含过路构造物的弹性三层体系。假设路表的不均匀沉降沿路线纵向呈三角形分布, 其最大差异沉降值为△δ, 并假设截面为△ABC的沉降盆范围以外的路表面各点的不均匀沉降值为零。图中l1, 为构造物外缘与沉降盆最大值点之间的水平距离。l1+l2构成了台背处路表不均匀沉降的范围。

通过对实体工程的调查发现, l1的l一般为30 cm～50 cm, l2则通常都>3 m。有限元计算结果表明, 当△δ为定值时, l1的大小对路表面附加应力的最大值σfm影响较大。l1越大, 则σfm的值越小。而l2的大小对σfm的影响较小。因此, 取l1=30 cm, l2=3 cm。

计算中所用的参数为:面层E1=1 600 MPa;μ1=0.25;h1=16 cm;基层E2=1 400 MPa;μ1=0.25;h2=30 cm;土基E0=40MPa;μ0=0.35;构造物Ec=30 000 MPa;μc=0.5;平面尺寸a×b=2 m2×3 m2;填土高度H=10 cm。在分析过程中, 只变动其中某一参数的值, 其余参数保持不变, 以分析其对σfm的影响。

3 路基不均匀沉降对路面附加应力的最大值σfm的影响与计算

3.1 最大差异沉降值△δ对路表面附加应力的最大值σfm的影响

取上述参数, 变动△δ从0 cm～2 cm按0.2 cm递增, 得到△δ对σfm的影响曲线如图2。从图中可以看出, 随着△δ的增加, σfm基本上按直线递增。其中每增加0.1 cm, σfm平均增加1.28 MPa。

3.2 面层模量E1对对路表面附加应力的最大值σfm的影响

取△δ=1.0 cm, E1从1 200MPa～2 200 MPa按100 MPa递增, 其余参数不变。得到E1对δfm的影响曲线见图3。从图中可以看出, δfm随E1按正比例变化, 即δfm基本上是E1的线性函数。

3.3 其他参数对σfm的影响

为了分析h1、E1、h2、E0及H对σfm的影响, 取上述参数作为基准值, △δ=1.0 cm。分别变动其中的某一项, 计算出其所对应的的σfm值, 结果见表1。

由表1可见, 上述各参数的变化对σfm的影响非常之小, 均可忽略不计。故此, 我们可以近似认为σfm只是△δ与E1的函数。

3.4σfm的近似计算

为了得到σfm随△δ与E1变化更一般的规律, 分别变动△δ从0 cm～1 cm按0.1 cm递增, E1从1 200 MPa～2 200 MPa按200 MPa递增, 其余参数均保持不变, 得到如图4中所示的σfm随△δ及E1的变化曲线。通过对图4中各曲线进行归纳和整理, 得到σfm的近似计算公式:

σfm=0.008ΔδE1 (MPa) (1)

式中: △δ单位为cm; E1单位为MPa。

3.5 考虑松弛对计算结果的影响

沥青混合料是一种粘弹性材料, 当长时间产生变形或承受荷载时, 会有明显的应力松弛和徐变现象。在本问题中, 由于台背处完工后的路表差异沉降是在相当长的一段时间内 (一般2年～3年) 形成的。在此过程中, 路表面产生的附加应力会有一部分松弛掉, 加一部分则会累积起来。此时, 公式 (1) 应该写成如下形式:

σfm=0.008∫undefinedΔδSdt (1a)

式中: T——路基工后差异沉降的完成时间;

t——时间变量;

S——沥青混合料的松弛模量, 为时间和温度和函数。

利用霍格洛姆公式, 计算得15 ℃时, 当荷载作用时间超过3h以后, 沥青混合料的劲度模量约为10 MPa～40 MPa。考虑到路基施工后沉降相当缓慢, 几个小时内的变形可忽略不计。故保守地取S为常数40 MPa。

则公式 (1a) 可以近似写为:

σfm=0.32Δδ (MPa) (2)

3.6 台背处路表面容许差异沉降值的探讨

《公路沥青路面设计规范》规定, 高等级公路的沥青混凝土面层其计算点的拉应力σm应小于或等于其容许拉应力σR, 即:

σm≤σR (3)

容许拉应力σR按下列公式计算:

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式中: σR——路面结构层材料的容光焕发许拉应力 (MPa) ;

σSP——沥青混凝土15 ℃时的劈裂强度 (MPa) ;

ks——抗拉强度结构系数;

ks=0.09Aa×Ne×22/AC (5)

其中: Aa——沥青混凝土级配类型系数, 细、中粒式沥青混凝土为1.0, 粗粒式沥青混凝土为1.1;

Ne——设计年限内一个车道上累计当量轴次;

AC——公路等级系数, 高速公路、一级公路为1.0, 二级公路为1.1, 三、四级公路为1.2。

对于高速公路, 取Aa=1.0;Ne=1.0×106次;Ac=1.0, 于是得到ks=1.88。代入式 (3) 和式 (4) 得到

undefined

在本文计算中σm由即为前面计算所得的σfm, 即

σm=σfm (7)

于是式 (6) 变为:

undefined

对其加以变化可得:

undefined

对于高速公路, 表面层一般为细粒式沥青混凝土, 取其15 ℃劈裂强度值为1.2 MPa。代入式 (9) 得到的容许值为2 cm。

4 结束语

(1) 高等级公路构造物台背处由于路基不均匀差异沉降的存在而产生的路表附加应力是造成台背处路面开裂的主要原因。

(2) 影响路面结构附加应力最大值σfm的主要原因有最大差异沉降值与面层模量值E1。

(3) 对于高等级公路其路表面容许最大差异沉降可取为2cm。

参考文献

[1]曹建新.重载交通下级配碎石基层材料组成结构与动力特性的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2001.

[2]邱延峻, 孙振堂.柔性路面路基土的永久变形[J].西南交通大学学报, 2000, (4) .

[3]GB50092-96, 沥青路面施工及验收规范[S].

高等级公路沉降分析篇2

路基沉降按产生沉降的部位可分为地基沉降和路堤本体沉降。按其产生的原因和次序又可分为:

1)瞬时沉降,是指加荷后瞬时发生的沉降。

2)固结沉降,是指加荷后由于地基土的结构骨架受力压缩,使孔隙中水排出体积压缩引起的部分沉降,也称主固结沉降。

3)次固结沉降,是指超静孔隙水压力基本消散后,主要由土粒表面结合水膜发生蠕变等引起的沉降。次固结沉降通常较小,且历时较长,在总沉降中所占比例小于10% 。因此,在路基设计中,次固结沉降通常不予考虑,只计算瞬时沉降和主固结沉降。

路堤本体沉降产生因素主要有:

1)路堤填料压实;

2)路堤边坡侧向变形;

3)路堤受汽车动荷载作用范围内的填料,因受荷载重复作用而产生累积残余变形。

本文对沉降计算进行分析并探讨其控制措施。

1 地基沉降的估算和推算

1.1 地基沉降的估算

1)施工前,根据地质条件、土层物理力学指标、地基加固措施等计算总沉降量。对于未经加固处理的地基,其沉降主要是下卧层的沉降量S2;对于经过加固处理的地基,其沉降包括加固区沉降量S1和加固区下卧层沉降量S2,即总沉降量S=S1+S2,S1的计算方法采用复合模量法;S2的计算方法采用分层总和法,它是目前工程中采用最普遍的方法。

2)分层总和法:分层总和法是以无侧向变形条件下的压缩量公式为基础。基本假设是:

a.土的压缩完全是由于孔隙体积减少导致骨架变形的结果,而土粒本身的压缩可不计;

b.土体仅产生竖向压缩,而无侧向变形;

c.在土层高度范围内,压力是均匀分布的。具体计算有e—p曲线和e—lgp曲线为已知条件的总和法。

3)规范法:规范法仍是基于分层总和法的思想,运用平均附加应力面积的概念,结合工程实际中沉降量观测的统计分析,以经验系数进行修正,求得地基的最终变形量。

1.2 地基沉降的推算

根据施工期间沉降观测资料,推算地基总沉降量及工后沉降量,从而确定路面铺设时间。常用的推算方法有双曲线法、三点法、指数曲线法、星野法等。不同的地基加固方法、计算时间的长短以及初始时间的选择,都会对推算精度产生影响。

2 路基沉降控制措施

2.1 加强地质勘测,全面系统了解地基条件

地基沉降是路基沉降的主要部分,一定程度上,控制了地基沉降就控制了路基沉降。地基沉降是地基土固结压缩产生的变形,除与路堤填高和路基断面形式有关外,地基条件是影响地基沉降的最主要因素。因此,全面系统研究地基条件是控制地基沉降的前提。为此,在原设计地质勘测的基础上,全面分析地基条件,对其中地质条件资料不全或较特殊的地段,采取加密勘测和扩大勘测范围。

2.2 开展全方位科学研究,优化和细化设计

在施工前期,对所施工的路基沉降展开研究,全面系统地进行评估,并根据研究成果,对设计方案进行优化。

2.2.1 地基沉降控制

地基处理是控制地基工后沉降最直接有效的方法。加固处理方法,除最基本的地基重型碾压外,根据地基的情况,可采用深层搅拌桩、CFG桩、强夯处理和堆载预压等方案来减少地基总沉降,加快地基的沉降速度,以满足路面铺设所要求路基沉降及不均匀沉降的要求。

1)CFG桩或深层搅拌桩。

在施工开始前,选择合适的场地进行试桩,研究不同设计方案(如桩强度、桩径、间距等)和施工工艺对地基效果的影响,通过现场荷载试验及沉降观测,验证地基处理方案的可靠性,评价处理后地基工后沉降,并总结出系统的施工工艺指南。

2)强夯处理。

强夯处理利用落锤冲击压密地基土体,达到提高地基土的承载力,降低地基压缩性的目的。强夯法加固深度因土种类而异,按照设计锤重、单击夯击能计算加固影响深度。由于影响加固深度因素很多,强夯加固地基土的效果因土种类、强夯处理方式等而异。对处理后的地基应进行实时的观测和测试,根据测试的变形模量计算路基沉降量,由此来确定路基工后沉降是否能够满足要求,是否需要加密夯点或增加夯击次数。

3)堆载预压。

堆载预压目的是为了保证上部荷载作用下路基的沉降达到路面变形要求。施工中,可以根据路面类型及交通调查,对地基进行沉降总分析,确定堆载预压高度、时间,堆载预压时间以路堤表面沉降稳定作为卸载的前提,堆载预压期将对路堤面进行沉降观测。

2.2.2 路堤本体沉降

路堤本体沉降是指路堤本体在填筑完成以后,路堤在自身重力和交通荷载作用下产生的压密和侧向变形引起的沉降,这部分沉降因路堤填料、路堤断面结构形式以及地基条件而不同。

3 施工管理

为确保路基沉降达到设计规范要求,均应进行施工工艺试验,并在施工过程中遵循相关施工规范和工艺标准,综合考虑路基填高、地基土成因类型、地层结构的复杂性、沉降控制标准等影响因素,对全段路堤沉降应进行系统的观测与分析评估,保证路基填筑完成后有12个月以上的观测期和调整期。路基沉降观测方案及内容如下:

1)观测断面设置。观测断面纵向间距一般为20 m～50 m,地形地质条件变化较大时和过渡段适当加密至10 m。

2)观测测试项目。以路堤中心沉降观测为重点:

a.一般土质地基地段,每个观测断面在地面设剖面沉降仪,在路基面中心及左右两侧路肩处设路基观测桩,观测桩采用钢钎或混凝土桩。

b.软土及松软土路基,除按一般地基地段设置外,根据地基厚度和填土高度,在边坡坡脚外设置边桩进行水平位移观测,分别在距坡脚2 m,6 m～10 m处设置位移边桩。

3)测量的精度及频度。测量精度一般应达到二级水准测量标准(特别是在路堤基床底层填筑完成后)。测量频度:在路堤填筑期间,应每天观测一次,各种原因暂时停工期间,每2 d测试一次。施工完成后,前15天内每2 d观测一次,以后每周观测一次。

4)动态分析与沉降预测。施工期间,对沉降观测资料及时整理分析,根据沉降和侧向变形的速率指导路堤填筑施工,若变形的速率过大,则调整路堤填土速率。

4 结语

从高速公路路基沉降的原因及分类出发,对地基沉降的估算和推算进行了比较,提出的路基沉降的工程措施和信息化施工为以后的高速公路路基沉降设计和施工提供了参考。

参考文献

[1]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].

[2]JTJ 041-97,公路沥青路面设计规范[S].

[3]JTJ 033-95,公路路基施工技术规范[S].

高速公路软土路基的沉降分析篇3

1.软土路基的特点

路基是指按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物。它是用土或石料修筑而成的线形结构物，承受着本身的岩土自重和路面重力，以及由路面传递而来的行车荷载，是整个公路构造中最重要的组成部分。软土路基就是在软弱土层上修建的线性结构物。对于高速公路软土路基，软土所有不良工程性质都表现的淋漓尽致，比如压缩性大、抗剪强度低、具有触变性、流变性、不均匀性等等。同时又由于高速公路造价高，技术要求高，对沉降各方面都有严格要求和规定。而且高速公路路线长，工程地质条件相对复杂，由于客观条件的限制不能进行非常详细的勘查，技术参数的取得并不十分精确，使得在软土地区修建高速公路十分困难。

2.影响沉降的因素

2.1侧向变形对沉降量的影响

在刚加载时，土体处于弹性状态，土中孔隙水来不及排出，由于土体的侧向变形使土体发生瞬时剪切变形，在荷载增加最初阶段的沉降主要是由侧向变形引起，沉降量呈线性增加。

2.2砂井对沉降量及固结期的影响

选择合适的砂井间距和砂井长度可提高固结度和减短固结时间。由于固结时间与排水的距离的平方成反比，并且多数软土水平向的渗透性比垂直向好，因此在地基内设置砂井等竖向排水体，可以缩短排水距离，加速土层的固结，减少工后沉降。但砂井間距也不宜过小，否则砂井周围土受到扰动，地基土强度受到削弱，极限填土高度大幅降低并会增加沉降量。

2.3土工织物对沉降的影响

土工织物可以起到均匀地基应力，减小侧向位移，改善沉降的作用。同时它能隔离上下土体，提高路堤的稳定性，在一定程度上调整不均匀沉降，但不能显著地约束水平向变形。

2.4固结土层的地质类型对沉降的影响

根据土层现有的有效自重应力 po和最大先期压力 pc的关系可将天然土层分为三种：正常固结土层（pc=po），超固结土层（pc>po），欠固结土层（pc

2.5硬壳层对沉降的影响

当地表存在硬壳层时，承担了很多地基上的荷载，其传到软土层的附加应力大大地减少，减少了软土路基的压缩变形。当土中有效应力不超过先期固结应力时地基沉降将很小。

3.高速公路软土路基的沉降变形分析

3.1高速公路软土路基沉降变形组成

经典土力学认为，地基沉降包括瞬时沉降、主固结沉降、次固结沉降三部分，软土路基的最终沉降量为三者之和。

瞬时沉降是在荷载作用下软土没有任何体积变化的畸变所引起的，其发生非常迅速。尽管沉降不是立即发生的，仍可以认为是饱和软土中的孔隙水来不及排出时所发生的沉降。瞬时沉降和加载方式与加载速率有很大的关系。主固结沉降是由于荷载置于地基上后，随着时间的延续，孔隙水从土体中流出，引起体积随时间的减少，因而地基体系逐渐发生沉降。它是由于外荷载引起超孔隙水压力的水力梯度促使水从土体内排出，而应力增量转移到土体骨架上而发生的沉降。在此阶段，水流的速率受到软土的孔隙压力、渗透性和压缩性的影响，随着孔隙压力的消散，水流的速率将降低，随着孔隙压力消散的基本完成，达到不变的有效应力状态。这部分变形为固结变形，主要发生体积的变化，对应的沉降为主固结沉降。次固结沉降是由于超静水压力消散，主固结变形完成后，在有效应力作用下土骨架的改变所致，是软土路基中土粒骨架在持续荷载下发生蠕变所引起的。次固结变形取决于土骨架本身的蠕变性质。其速率与含水量、孔隙比、有机质含量、温度等因素有关，与软土的厚度无关。事实上，瞬时固结、主固结和次固结都是在受力后同时开始发生的，只是在某个阶段以一种沉降变形为主。

3.2高速公路软土路基沉降变形的特点

在高速公路建设中，一般情况下把原状地面下的土称之为路基，地基高于原地面的填方土称之为路堤。当建筑物通过它时，将荷载传给地基以后，在地基内部将产生应力和变形，从而引起建筑物基础的下沉。土体受力后引起的变形可分为体积变形和形状变形。体积变形主要由正应力引起的，它只会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏。形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展，通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的。公路路基的主体，是由岩土构筑而成，其强度与稳定性受自然因素和人为因素的影响极大。为了研究路基的垂直变形，我们采用沉降板观测地表沉降。沉降板观测主要用于观测软基地表沉降的大小，以此来控制填土施工过程中的填土速度，使填土荷载的增加和软土抗剪强度的增长相适应，从而使路堤不产生滑移破坏。根据堆载（超载）预压完成后实测沉降曲线推算得到最终沉降量和工后沉降量来判断是否满足卸载要求，并以此来确定卸载时间。

3.3高速公路软土路基沉降变形规律

根据软土路基沉降变形的机理和特点，软土路基的沉降变化基本上要经历四个过程：（1）发生阶段。在对软土路基刚加载时，土体处于弹性状态，土中的孔隙水来不及排出，土体的侧向变形使土体发生瞬时剪切变形，在荷载增加的最初阶段，软土地基的侧移速率较大，沉降呈线性增加。（2）发展阶段。随着填土高度的增长，荷载的不断加大和时间的推移，地基土中的孔隙水被逐渐排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体被逐渐压密产生体积压缩变形，入弹塑性状态，此时土体的沉降速率增长很快。（3）稳定阶段。当加载完成后，荷载不再增加，孔隙压力不断减小并接近完全消散，固结过程尚未完全完成，土体的沉降将随着时间的推移而继续增加，沉降速率逐渐变小，土体不断发生固结。（4）极限阶段。当时间足够长时，沉降达到极限状态，沉降量不再增加，沉降速率降为零，此时的沉降量为地基的最终沉降量。

高等级公路沉降分析篇4

高等级公路路基不均匀沉降对沥青路面结构的影响分析

本文结合笔者多年公路工程实践,详细介绍了路基不均匀沉降对路面结构产生破坏情况,并采用弹性层状体系的力学模型,利用有限元法对由于地基不均匀沉降引起的路面附加应力进行了计算和分析,对公路台背处不均匀沉降对路面受力状态的影响和台背处差异沉降的.允许范围进行了深入探讨,并得出具体结论.

作者：樊华明作者单位：湖南省交通规划勘察设计院,湖南,长沙,410008 刊名：四川建材英文刊名：SICHUAN BUILDING MATERIALS 年，卷(期)： 35(3) 分类号：U412.36+3 关键词：高等级公路路基不均匀沉降沥青路面影响附加应力

高等级公路沉降分析篇5

1 基本情况

1.1 地质情况

区段内地貌以冲海积交替沉积相为主,地层为平原区河流冲积与近期海洋沉积共同作用形成的灰黑色粘土、粉质粘土和粉细砂层,路线经由地区地势呈西南高、东北低之势。区域内软弱土层主要为软塑粉质粘土、流塑粉质粘土及流塑淤泥质粉质粘土,厚度一般2.0～3.0m,局部大于10.0m,根据地质揭示,软弱土层天然含水量31.6%～37.5%,直剪内摩擦角5.2°～7.4°,压缩系数0.494～0.645MPa-1,土质软弱,其下为粉细砂,局部夹有软塑的粘性土透镜体。

1.2 原地基处理情况

根据原设计资料,绥沈高速公路软基段路基采用两侧取土坑取土填筑,基底填筑80cm石渣后预压沉降的处理方案。施工过程中,由于沿线路基土质较差,为保证工程质量和进度,在施工中采取了掺拌6%生石灰,将设计规定的路基底部填筑80cm石渣改为98cm,部分路段进行了抛石挤淤处理。

2 旧路剩余沉降

根据《公路路基设计规范》JTG D30-2004规定,路基拼接时,应控制新老路基之间的差异沉降,原有路基与拓宽路基的路拱横坡度的工后增大值不应大于0.5%。为控制新旧路基间的差异沉降,须查明旧路路基的剩余沉降值,本文根据路基总沉降S与任意时刻沉降St的差值计算旧路路基的剩余沉降,根据《公路路基设计规范》,总沉降采用沉降系数ms与主固结沉降计算:

s=msSc

ms=0.123γ0.7(θH0.2+VH)+Y

式中:

Sc—主固结沉降,采用分层总和法计算;

θ—地基处理类型系数;

H—路基中心高度;

γ—填料重度;

V—填土速率修正系数;

Y—地质因素修正系数。

任意时刻地基的沉降量,考虑主固结随时间的变换过程,按下式计算:

St=(ms-1+Ut)Sc

式中地基平均固结度Ut采用太沙基一维固结理论解计算,根据太沙基一维固结理论,地基平均固结度 $U_{t} = \frac{\int_{0}^{Η} σ^{'} d z}{\int_{0}^{Η} σ d z}$ ,式中σ′为当前土层有效应力,σ为当前土层的总应力。考虑附加应力沿深度均匀分布, $U = 1 - \frac{8}{π^{2}} (e^{- \frac{π^{2}}{4} Τ_{V}} + \frac{1}{9} e^{- \frac{9}{4} π^{2} Τ_{V}} + \dots \dots) ‚ U$ 是时间因数TV的单值函数,由于级数收敛得很快,前2项已足够精确,上式可用以下近似公式代替:

当U≤0.53时

U=1-0.811·10-1.072TV 当U>0.53时

式中 $Τ_{V} = \frac{C_{V} t}{Η^{2}}$

CV:为土的固结系数;H:为最大排水距离。

绥沈高速公路软基剩余沉降计算情况见表1:

如图1所示,经过12年运营后,绥沈高速公路软基剩余沉降值小于5cm,剩余沉降变化曲线接近水平,沉降发展趋于稳定。

3 差异沉降

旧路加宽后,由于新旧路基的固结沉降时间不同,或施工压实度不同,或新旧路基土质不同、地下水位差异等原因,致使新旧路基发生不均匀沉降。这种不均匀沉降将会在路面结构中产生一定的附加应力,一旦这种附加应力与车辆荷载的作用力之和超过路面材料本身的容许强度,路面便会产生结构性破坏,造成工程质量问题。

新旧路基的差异沉降主要由三部分组成:第一部分是由于地基在新路堤荷载作用下发生的固结变形;第二部分是新路堤在自身荷载作用下发生的压缩变形;第三部分是旧路在新路堤作用下产生的变形。本文选取典型断面,利用数值模拟方法对路基差异沉降进行分析。

3.1 边界条件及计算参数

(1)按平面问题考虑,采用二维有限元分析;

(2)土体为弹塑性材料,采用D-P模型模拟;

(3)新旧路基接触面完全连续,且不发生滑移;

(4)地基和旧路路基的固结沉降已经全部完成,在自身重力作用下不会再发生沉降,但在外力作用下将会再次发生沉降;

(5)不考虑行车荷载作用;

(6)地基底面完全约束,地基两侧水平方向约束。

根据地质钻孔资料,选取典型地质参数进行计算,相关参数如表2所示:

3.2 竖向位移及差异沉降分析

旧路加宽时,作用在旧路边坡上的土方引起旧路基产生附加沉降,且不同位置的附加沉降会有所不同,从而使新旧路基间产生沉降差,使道路表面横坡发生变化,进而影响路面服务性能。

路基顶面沉降曲线以路中心线为对称轴,大致呈开口向下的抛物线形分布,旧路基段曲率比较平缓,而新旧路基交界处以及拼接部分路基处的沉降曲线起伏变化较大;拼接部分路基外侧边缘沉降约为17cm,差异沉降引起路拱横坡增加值0.66%,大于路基设计规范0.5%要求,需对软基进行特殊处理,以降低新旧路基间的差异沉降。路基竖向位移最大值出现在拼接路基边坡中部,最大值约为22cm。

4 结论

软土地基段落高速公路改扩建工程是交通行业目前经常遇到的问题,查明旧有路基的沉降发生情况,控制新旧路基间的差异沉降是改扩建工程成功的前提。本文对绥沈高速公路典型软基情况进行旧路剩余沉降及新旧路基差异沉降分析,为绥沈高速公路软基段加宽方案选择提供部分理论依据。

参考文献

[1]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].

[2]《工程地质手册》编委会.工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[3]黄生文.公路工程地基处理手册[M].北京:人民交通出版社,2005.

高等级公路沉降分析篇6

关键词：高等级公路,半刚性基层路面,技术分析

1 加强设计基础数据研究试验, 提高沥青路面设计质量

1.1 高速公路沥青路面设计年限内累计当量轴次的预测。

直接套用工可报告预测交通量进行路面累计当量轴次计算可能会出现较大的计算误差。工可报告中只有交通量的大小, 没有涉及各类车辆的实载轴重资料, 而路面结构设计关心的是车辆的实际轴重, 所以才有了运煤线路的轻重行车方向路面的分别设计。鉴于我省已通车多条高速公路 (国省干线) , 其交通量统计资料也比较齐全, 这对于新建高速公路路面的当量轴次计算有很高的参考价值, 应积极研究使用, 不宜继续直接套用《工可报告》中的交通量进行当量轴次计算。

1.2 各结构层材料设计参数的选取。

目前根据沥青路面设计规范附表进行材料设计参数选取的办法应当改变。设计规范给出的范围是为了适应全国范围、不同等级公路施工质量水平确定的。如果在沥青路面设计中, 二级公路路面、高速公路路面都简单地取规范中值、或偏高值进行设计, 是不科学的。而且, 不同路段所用石料品质、规格差异很大, 所用沥青、改性沥青品质、指标各不相同。高速公路路面工程投资数额大, 成本高, 应当结合具体项目开展相应的路面设计参数试验工作。

1.3 路基模量的选取。

目前我省高速公路沥青路面结构设计中采用路基回弹模量取值在35-50MPa之间, 基本上是整个项目一个固定值, 这与路基工程施工中遇到的路基填料的复杂多样实际情况有较大矛盾。由于路基模量的大小对整个路面结构的设计影响较大, 应进一步增加具体项目的现场实测试验工作, 使路基模量更加符合不同路段的实际情况。加强面层沥青混合料、半刚性基层混合料设计。合理的面层沥青混合料的配合比设计是减少诸如车辙、泛油、坑槽、抗滑能力衰减等早期病害的关键。积极吸收借鉴省内外的先进研究成果, 进一步提高沥青混合料设计质量。另外对于半刚性基层材料的适宜骨料级配、结合料含量等应认真研究, 减少刚度过大、强度过高带来的负面影响。

2 进一步加强路面各结构层材料的生产、施工和质量控制及验收

沥青路面是由多个不同混合料结构层组成的层状结构体系, 从原材料进场, 到混合料配合比设计、生产到最后碾压成型, 涉及材料、试验、施工工艺等多个环节。另外还受到施工人员、设备等因素的影响。因此, 要保证铺筑成型的沥青路面满足各项设计指标的要求, 质量均匀稳定, 从目前的情况看仍有进一步加强的必要。比如, 水泥稳定碎石基层具有强度高、承载能力强的特点, 但施工中如出现局部严重离析, 或者成型后养生不到位, 则可能出现表面松散承载能力降低等问题, 与设计假设相差甚远。高速公路沥青路面早期破损局部、个别出现的特点, 也说明施工过程中的质量不均匀性是造成早期破损的一个主要原因。

某高速公路2000年底通车, 2002年某合同段出现了严重的车辙, 而其他合同段则基本完好。该合同段车辙检测结果见图1。在路段交通量相同, 面层混合料设计完全相同的情况下, 严重车辙路段显然是面层施工质量控制出现了问题, 造成抗车辙性能严重不均匀。

应该说, 我国沥青路面施工已经有了比较完善的规范标准, 而且建立了多级质量保证体系, 项目管理单位、监理、政府监督都参加了工程质量的管理。但是, 高速公路沥青路面出现的早期破损提示我们, 必须结合高速公路沥青路面施工和养护实践经验对目前的施工质量控制技术、程序、手段做深入的分析研究, 究竟是路面质量管理的哪一个环节还存在漏洞和不足, 必须认真查找, 改进完善, 保证沥青路面各分项工程施工质量均匀、稳定, 满足设计要求。

3 完善高速公路沥青路面防、排水设计

国内外大量的研究表明, 水的存在是公路路面结构早期破损的一个重要原因。所以高速公路沥青路面设置路拱横坡, 以使雨水尽快排出到路面以外。但是对于半刚性基层沥青路面开裂的大量存在, 雨水不可避免会进入路面结构内, 这一部分如何排出路面以外, 从目前的高速公路沥青路面横断面设计来看, 还没有很好地解决。

目前, 为改善路面排水, 我省已经有了初步的尝试, 比如在路肩石下设置碎石垫层, 设置碎石路肩等, 但是这些措施还不能解决面层以下渗水的排出问题。所以, 要认真研究设计高速公路沥青路面包括硬路肩路面适宜结构形式和路肩部位的排水问题。尽可能减少沿路面横向裂缝、面层混合料空隙渗入路面结构内的雨水在行车道部分的滞留时间, 尽快排出路面以外。另外对于基层顶面防水层、沥青面层之间的粘层、桥面铺装的防水效果也应认真总结分析, 对有抗滑特殊技术要求的表面层, 在表面层底设置防水层。

4 减少半刚性基层沥青路面的开裂

高速公路沥青路面开裂是路面严重水损害、路面结构整体承载能力损失的一大诱因, 而且横向裂缝可能达到非常惊人的地步, 以某高速公路为例, 通车三年后, 在桩号K0+000至K23+000之间横向裂缝间距平均5～6m一道, 路面弯沉较其他路段明显增加。引线, 必须努力减少路表裂缝, 减缓基层裂缝向路表的反射。可以采取的措施包括:

4.1 完全采用沥青混合料、级配碎石等柔性基层结构, 从根本上避免半刚性基层开裂对沥青路面的不利影响。

4.2 继续使用半刚性基层, 通过降低结合料用量、调整混合料级配组成降低其干缩性能, 减少基层开裂。

4.3 加强半刚性基层沥青路面结构内排水设计, 充分考虑路面结构内沿结构层间横向排水需要, 使进入路面结构内部的水尽快排出路基之外。

4.4 增加半刚性基层上面沥青层厚度, 或设置级配碎石过渡层。

5 探索半刚性基层沥青路面的合理结构

系统地提高半刚性基层路面的整体性能, 完善下面两种路面结构:

a.2.5cm (3cm) 沥青砼+防水层+ (12-15) cm沥青砼+改性沥青粘结层+40cm半刚性基层;b.4cm沥青砼+改性沥青粘结层+ (12-15) cm沥青砼+改性沥青防水层+40cm半刚性基层。

参考文献

【高等级公路沉降分析】推荐阅读：

高等级公路的景观设计09-09

彩色防滑路面在高等级公路中的应用08-17

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