改扩建公路路基研究现状综述
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摘 要：我国改扩建工程开始时间较晚且可供借鉴的经验较少，根据我国的经济发展前景可知，改扩建工程将成为21世纪我国亟待解决的重要课题之一。文章主要从新旧路堤结合部位技术、新旧路基差异沉降控制指标和影响因素以及加宽工程变形特性分析方法三方面进行论述。
关键词：改扩建公路;拓宽路基;研究现状
中图分类号：U418.8 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）16-0078-02
Abstract： The reconstruction and expansion project in China started relatively late and there are few experiences to be used for reference. According to the prospect of China's economic development， the reconstruction and expansion project will become one of the important issues to be solved urgently in the 21st century. This paper is mainly discussed from three aspects： the technology of the combination of new and old embankment， the control index and influencing factors of differential settlement between new and old roadbed， and the analysis method of deformation characteristics of widening project.
Keywords： reconstruction and expansion of highway; widening of roadbed; research status
引言
目前，解决饱和公路行车拥堵的主要方法有三个：第一通过路网加密措施增加干线通行能力;第二在旧路附近新建道路;第三在旧路两侧或者单侧拓宽车道。方案三对比其他两种解决方法，能大限度地节省土地占用空间，提高旧路利用率同时还有以下优点：投资少、不改变原有的管理养护模式并且是解决道路拥挤较为直接有效的处理措施。因此选择旧路加宽模式是整个交通行业发展的必然趋势。旧路加宽模式虽然能有效增加公路通行能力，但由于新旧路基受力环境的不同，导致新旧路基极易出现不协调变形，影响路面平整度，严重时甚至会出现裂缝，当雨水渗入时，路面和路基易发生整体性破坏，极大地降低了在路面上行驶的安全性。我国进行道路改扩建设计时间较短，对拓宽路基差异沉降变形规律以及针对性的控制措施没有系统的研究，交通部新颁布的《公路路基设计规范》（JTG D302015）、《公路养护技术规范》（JTG H10-2009）中主要对拓宽路基搭接处的设计做出控制性的规定，而对控制新旧路堤间不协调变形的规定较少，同时由于海外发达国家科学地预估了未来交通量，致使大多数高速公路修建为6车道或8车道，因此国外高速公路的交通能力能满足发展需求而不需要拓宽或者在中央带预留了充足的宽度来增加行车宽度，所以国外发达國家针对旧路拓宽方面的经验较少。由于国内外针对改扩建工程建设的经验不足，我国在建设初期往往会使工程投资过度造成浪费或者研究和经验不足造成施工不当引起路基路面失稳破坏。因此解决拓宽路堤不协调变形，防治裂缝产生，确保新旧路堤搭接部位质量是拓宽工程中亟待解决的问题之一。我国改扩建工程开始时间较晚且可供借鉴的经验较少，根据我国的经济发展前景可知，改扩建工程将成为21世纪我国亟待解决的重要课题之一。根据本文的需求主要从新旧路堤结合部位技术、新旧路基差异沉降控制指标和影响因素以及加宽工程变形特性分析方法三方面进行论述。
1 新旧路堤结合部位技术研究
新路基的搭接导致旧路基产生附加沉降，打破原有的平衡状态，当路面产生的附加应力超过路面材料的抗拉应力时，会引起路面开裂、路基失稳，影响路面使用性能，因此新旧路堤良好的结合能有效降低差异沉降的影响。本文主要从结合部位拼接设计、施工工艺以及路基填料选择三方面进行阐述。
美国AASHTO[4]规定中央带设定宽度应不小于18m～24m，美国道路的改扩建一般在中央带进行，因此新老路堤间不协调变形影响较小，所以AASHTO中只对新旧路堤结合做出原则性规定，建议新旧路基路面结构性能尽可能地保持一致。《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）为保证新旧路基有效紧密结合，在新路堤施工前对旧路堤坡面处理方面做出控制;而《高速公路改扩建设计细则》（JTG/T L11-2014）针对新路堤填筑方式等方面做出相关规定。具体施工方法见图1。
规范规定拓宽路基一般采用水平填筑法，在国外发达国家一般采用Gapmethod（间隙法）填筑拓宽路基，此方法能有效降低差异沉降造成的危害，具体施工方法见图2。
HGB Allersma等人在PLAXIS软件分析和离心机试验相结合的基础上分别分析采用间隙法填筑拓宽路堤与采用水平分层填筑路堤的区别。同时Vos E、Couvreur JF与Van Meurs ANG等人也进行了相同研究，研究结果表明在垂直方向上的变形两种施工方式没有明显差异;在水平方向上的变形，间隙法填筑路堤的影响大。张学玲、张玲针对拓宽部位施工建议台阶开挖成向内倾斜的横坡且高度宜选在0.5～0.8m，新路基搭接时宜以每一节台阶为界限进行分层施工和压实。 土工合成材料是由塑料、纤维及合成橡胶等聚合物组成的一种新型材料。在拓宽工程中为了使新旧路基结合紧密，加强其整体性，常在改建公路结合部位使用土工格栅，其抗拉强度能有效地联结新旧路基。王涛等人系统的阐述了土工合成材料在拓宽工程中的作用原理;尉世铭以金港澳高速改建工程为研究对象，通过PLAXIS软件分析土工格栅和土工格室分别在软土地基和正常地基上的作用效果，并以此为依据得出更佳铺设方案：路床铺设两层土工格栅、基底加铺一层土工格室;《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）规定当拓宽路基高度大于3m时，需要在结合部位加铺横向土工格栅。新旧路基不协调沉降主要原因之一是新旧路堤填料性质差异性，因此新路基填料的选择至关重要，一般选择刚度大、质量轻的填料。
2 拓宽路基差异沉降的研究现状
新路堤搭接完成后，新老路基产生差异沉降，当差异沉降值达到一定界限时会引起路基路面发生整体性破坏，因此控制新老路基不均匀变形是改扩建公路关键问题之一，所以有必要研究国内外学者对新旧路堤不均匀沉降的学术成果，并以此为依据进一步确定控制拓宽路基差异沉降的措施。美国规定柔性路面工后沉降控制在3～6cm;法国规定当地基固结度达到85%以上时，一般路段的工后沉降量不超过10cm;日本规定一般路段的工后沉降量应控制在10cm～30cm范围中;德国规定路堤的工后沉降量不超过3～5cm，特殊路段不超过10cm，同时满足相对沉降量小于5%～15%。《高速公路改扩建设计细则》（JTG/T L11-2014）规定竣工后拓宽路基沉降量的计算不少于15年，且工后横向坡度变化率不大于0.5%。
3 改扩建工程差异沉降分析方法
结合国内外学者的研究成果可知，目前研究新旧路基不协调沉降问题主要通过有限元分析、土工离心模型试验以及现场试验与理论分析相结合等方法。国外学者常利用PLAXIS软件进行数值模拟分析，常用的本构模型有 MohrCoulomb模型和修正Cam-Clay模型。B.J.Brinkgreve等人分别采用摩尔-库伦模型和修正Cam-Clay模型建立有限元模型进行数值分析，并与实测数值进行对比，结果显示采用Mohr-Coulomb本构模型模拟分析的结果与实测结果契合程度大;国内学者常采用的数值分析软件有：ABAQUS、FLAC 3D、MIDAS、ANSYS等，常用的本构模型有摩尔-库伦（Mohr-Coulomb）模型、D-P模型以及剑桥模型等。1869年法国学者利用一个小比例尺模型模拟土体的变形过程，得出与实际相近的沉降变形和应力位移变化，这是土工离心模型的第一次亮相。在20世纪80年代我国才正式研究土工离心技术，主要用于研究边坡稳定性、软土加固技术、拓宽路基变形特性、非饱和土等问题。
综上所述，通过调研国内外学者对改扩建工程的研究现状来看，国外发达国家对新旧路基间不协调变形相关问题的研究较少，主要侧重于软基处理的研究，因此没有更多成熟经验可供借鉴。我国开始道路改建工程的时间较晚，虽然已经取得了较大的成果，但是研究的范围主要集中在软基处理、填土高度、拓宽宽度等因素对差异沉降的影响上，而对新路堤填筑材料的影响研究较少，但其对差异变形的影响是不可忽略的，因此有必要深入地研究路堤填料引起的差异沉降的影响。
4 结束语
我国改扩建工程开始时间较晚且可供借鉴的经验较少，根据我国的经济发展前景可知，改扩建工程将成为21世纪我国亟待解决的重要课题之一。本文就新旧路堤结合部位技术应用现状从结合部位拼接设计、施工工艺以及路基填料选择三方面进行阐述。而在拓宽路基差异沉降综述了国内外学者对新旧路堤不均匀沉降的学术成果，并以此为依据进一步确定控制拓宽路基差异沉降的措施。最后结合国内外学者的研究成果可知，目前研究新旧路基不协调沉降问题主要通过有限元分析、土工离心模型试验以及现场试验与理论分析相结合等方法。
参考文献：
[1]王景环，等.高速公路拓寬工程中填筑材料对新老路堤变形特性的影响[J].中南大学学报（自然科学版），2013，44（02）：726-731. [2]叶永城，李思清，马鹏真.佛开高速公路单侧拓宽工程差异沉降控制标准研究[J].中外公路，2013，33（05）：1-4.
[3]王涛，王强发.土工合成材料在路基拓宽工程中的应用研究[J].公路交通科技（应用技术版），2009（03）：88-90.
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