新老路基結(jié)合部處治技術(shù)施工指南終

1、-. z.第一章 緒 論1.1 引言近年來，隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的快速開展，一些公路已不能適應(yīng)持續(xù)增長的交通需求。從減少占地面積、節(jié)約資金、充分利用原有道路等方面考慮，利用原有公路進(jìn)展拓寬改建，無疑是一種投資少、見效快的措施。公路拓寬改建中，不可防止地面臨路基拓寬、新老路基結(jié)合的問題，為保證新老路基共同承受路面構(gòu)造和行車荷載作用所需的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少新老路基結(jié)合部的路面開裂、路基失穩(wěn)等病害的發(fā)生，需要對(duì)新老路基結(jié)合部采取相應(yīng)的處治技術(shù)。與新建路基相比，新老路基結(jié)合部處治設(shè)計(jì)施工技術(shù)中除了需遵守一般規(guī)定外，還應(yīng)著重考慮路基拓寬工程特殊性對(duì)設(shè)計(jì)和施工的要求。其特殊性主要表現(xiàn)在：1、新老路基的差異

2、1老路基由于承受多年自重和行車荷載作用，地基的固結(jié)沉降和路基的壓縮變形已完成或根本完成，而新路基施工完畢后會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的地基固結(jié)沉降和路基壓縮變形；2路基填料或壓實(shí)度不同會(huì)引起新老路基的回彈模量存在差異；3上述因素將導(dǎo)致新老路基在拓寬道路運(yùn)營中的工程響應(yīng)存在差異。2、新老路基的相互作用1拓寬改建施工過程中和施工后，新路基填土?xí)ㄟ^老路邊坡將局部荷載傳遞給老路基，會(huì)導(dǎo)致老路基發(fā)生二次沉降和壓縮變形；2新路基發(fā)生沉降時(shí)，通過新老路基界面的負(fù)摩阻力也會(huì)促使老路基發(fā)生變形；3老路基發(fā)生的變形反映到路基頂面，會(huì)在老路路面構(gòu)造中形成附加應(yīng)力，可能導(dǎo)致老路路面構(gòu)造的損壞。3、老路基對(duì)新路基設(shè)計(jì)和施工的制約和

3、限制1老路的斷面形式和邊坡類型限制新路基的拓寬方式和施工場(chǎng)地；2新老路基結(jié)合部處治技術(shù)，如老路邊坡臺(tái)階開挖，加筋材料鋪設(shè)等受到老路基的限制；3設(shè)置新路基的排水設(shè)施時(shí)，需要對(duì)老路基原有的排水設(shè)施進(jìn)展改造和銜接利用；4結(jié)合部新路基填土的填筑和壓實(shí)相對(duì)困難，壓實(shí)度難以保證；5假設(shè)地基下臥層土質(zhì)較差，對(duì)拓寬路基圍地基進(jìn)展處理時(shí)，需考慮施工對(duì)老路基的影響；6為不影響老路的交通狀況，新路基的施工受到限制。由于公路拓寬改建工程具有上述特殊的工程特點(diǎn)，以往公路拓寬改建工程缺少可資借鑒的工程經(jīng)歷和明確的設(shè)計(jì)理論方法，現(xiàn)行公路路基設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)主要也是針對(duì)新路基的修建，而對(duì)路基拓寬改建工程中新老路基結(jié)合部處治設(shè)

4、計(jì)施工技術(shù)則很少涉及。因此，制定新老路基結(jié)合部處治設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南，明確路基拓寬的設(shè)計(jì)理論和方法體系，提供新老路基結(jié)合部處治的技術(shù)措施、施工工藝和質(zhì)量控制方法，可以彌補(bǔ)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)的缺乏，為今后公路拓寬改建工程提供參考和指導(dǎo)。本指南包括的主要容：1新老路基結(jié)合的主要方式2路基拓寬的設(shè)計(jì)方法3新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的分類和設(shè)計(jì)施工原則4新老路基結(jié)合部地基處理技術(shù)7新老路基結(jié)合部的界面處治技術(shù)8拓寬路基的設(shè)計(jì)和施工9新老路基結(jié)合部的路面輔助處治措施與排水凡與新建路基工程一樣之處，本指南不再贅述。1.2 新老路基結(jié)合的主要方式按照地形地基條件、路基的拓寬圍雙側(cè)或單側(cè)、新老路基填挖型式填方或挖方、新老邊

5、坡類型自然放坡或設(shè)支擋構(gòu)造、共同作用層厚度共同填高層或挖方層厚度，可以將路基拓寬、新老路基結(jié)合方式分為17大類、36小類。各分類方式的圖示和特征如下圖中，h為共同作用層厚度；b-o、b-n分別為老路基和新路基的寬度。在實(shí)際工程中，可根據(jù)具體的工程特點(diǎn)，合理選取下述*種拓寬方式進(jìn)展公路的拓寬改建。1、挖方老路基挖方新路基如圖1-1所示，為山區(qū)非陡坡道路單側(cè)挖方拓寬方式。新、老路基均完全由挖方形成，但兩者可以因路基標(biāo)高不同，有不同的共同作用層厚度。此類拓寬方式由于新老路基的總體相近，由新老路基不協(xié)調(diào)變形而引起的病害較為少見，其主要問題是側(cè)道路挖方所造成的排水不良。a 新路基高于老路基 b新路基低于

6、老路基圖1-1 挖方老路基+挖方新路基2、挖方老路基+填方新路基如圖1-2所示，為山區(qū)非陡坡道路單外側(cè)填方拓寬型式。老路基為全路塹型式，新路基由自然放坡而成。拓寬路基填料多項(xiàng)選擇用就近路段的挖方體，新、老路基在填料類型、壓實(shí)度等方面均存在一定的差異；非陡坡的拓寬還可能處于洪積層、坡積層等軟弱地基區(qū)域，此時(shí)與平原軟土地基的路基拓寬存在類似的問題。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-2 挖方老路基+填方新路基3、半填半挖老路基+挖方新路基如圖1-3所示，為山區(qū)非陡坡道路單側(cè)挖方拓寬型式。老路基為半填半挖，新路基由挖方形成。此類拓寬方式和拓寬方式1存在一樣的問題。4、半填半挖老路基+填方新

7、路基如圖1-4所示，為山區(qū)非陡坡道路單外側(cè)填方拓寬型式。老路基為半填半挖，新路基為填方，這類拓寬方式的核心問題在于同一斷面上的路基土存在較大差異：老路基挖方局部為山體開挖的原狀土且經(jīng)多年行車荷載作用，老路基填方局部也經(jīng)過多年固結(jié)和行車荷載作用，而新路基則是自然放坡的新填路基，固結(jié)度小，潛在變形較大。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-3 半填半挖老路基+挖方新路基。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-4 半填半挖老路基+填方新路基5、填方老路堤+挖方新路基如圖1-5所示，為山區(qū)非陡坡道路單側(cè)挖方拓寬型式。這類拓寬方式的主要問題一是新、老路基性能差異大，二是新老路基結(jié)合面為原

8、自然邊坡，相對(duì)薄弱。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-5 填方老路堤+挖方新路基6、填方老路堤+填方新路堤如圖1-6為山區(qū)非陡坡道路單外側(cè)填方拓寬型式。其主要問題是新、老路基填筑年代不同，一方面兩者在填料和壓實(shí)度方面可能存在差異；另一方面兩者的固結(jié)程度也不同，易發(fā)生工后不協(xié)調(diào)變形，導(dǎo)致相關(guān)病害。7、挖方老路基+兩側(cè)拓寬新路基如圖1-7所示，為山區(qū)非陡坡道路雙側(cè)拓寬型式。老路基為挖方路基，新路基則一側(cè)為挖方路基，另一側(cè)為填方路基。這類方式兼有填方拓寬和挖方拓寬的特點(diǎn)。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-6 填方老路堤+填方新路基a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-

9、7 挖方老路基+兩側(cè)拓寬新路基8、半填半挖老路基+兩側(cè)拓寬新路基如圖1-8所示，為山區(qū)非陡坡道路雙側(cè)拓寬型式。老路基為半填半挖，老路側(cè)為挖方拓寬，外側(cè)為自然放坡填方拓寬。這類拓寬方式在道路橫斷面上形成4種不同的路基類型，即挖方新路基、挖方老路基、填方老路基和填方新路基，它們?cè)诼坊牧稀簩?shí)度和固結(jié)程度等方面都存在差異，從而導(dǎo)致路基路面的不協(xié)調(diào)變形。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-8 半填半挖老路基+兩側(cè)拓寬新路基9、填方老路堤+兩側(cè)拓寬新路基如圖1-9所示，為山區(qū)非陡坡道路雙側(cè)拓寬型式。老路基為填方路基，老路側(cè)為挖方路塹拓寬，外側(cè)為自然放坡填方拓寬。此種型式兼有挖方拓寬和填方拓寬

10、的特點(diǎn)。10、路塹老路堤+單側(cè)挖方新路基如圖1-10所示，為山區(qū)全路塹老路基單側(cè)拓寬型式。由于新路基、老路基均為挖方路塹拓寬，除挖方區(qū)域?qū)俨涣嫉鼗鶙l件，新老路基的地基條件一般差異不大，但仍需要重視路基路面排水。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-9 填方老路堤+兩側(cè)拓寬新路基a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖1-10 路塹老路堤+單側(cè)挖方新路基11、路塹老路堤+雙側(cè)挖方新路基如圖1-11所示，為山區(qū)全路塹老路基雙側(cè)拓寬型式。型式與結(jié)合方式10相似，只是從單側(cè)拓寬變?yōu)殡p側(cè)拓寬。由于挖方拓寬通常需重新設(shè)置邊坡防護(hù)，因此對(duì)雙側(cè)拓寬來說，邊坡防護(hù)工程量要大于前者。a 新路基高于老路基

11、 b新路基低于老路基圖1-11 路塹老路基+雙側(cè)挖方新路基12、路塹老路基+外側(cè)拓寬如圖1-12所示，為山區(qū)陡坡單外側(cè)拓寬型式。老路基為挖方，拓寬處分別設(shè)置了支擋構(gòu)造如重力式擋土墻、棧橋構(gòu)造、填土放坡。該三類結(jié)合方式所處地形通常較為陡峻。設(shè)置擋墻的結(jié)合方式應(yīng)首先確保擋墻本身的穩(wěn)定性，另外還需注意墻背填料填筑時(shí)的施工質(zhì)量、填料的級(jí)配等要求，以控制墻背填料的工后差異沉降；棧橋型式拓寬，拓寬局部須建造成橋梁構(gòu)造型式，建筑本錢有所上升，但通常相應(yīng)病害會(huì)減少較多；外側(cè)拓寬處放坡需要大量土石方，投資上不經(jīng)濟(jì)，且施工困難，對(duì)該處原地面產(chǎn)生的附加荷載大，極易產(chǎn)生拓寬處放坡路堤與老路基間的過量差異沉降，從而造成

12、路面相關(guān)病害。a 外側(cè)拓寬設(shè)擋墻b 外側(cè)拓寬設(shè)棧橋 c 外側(cè)拓寬放坡圖1-12路塹老路基+外側(cè)拓寬13、半填半挖老路基外側(cè)拓寬設(shè)擋墻如圖1-13所示，為山區(qū)陡坡單外側(cè)拓寬型式。老路基為半填半挖型式，填方局部采用放坡型式或者設(shè)置支擋構(gòu)造，而新路基均為在外側(cè)拓寬處設(shè)置支擋構(gòu)造。當(dāng)老路填方采用外側(cè)放坡型式時(shí)，給新路外側(cè)拓寬處擋墻的設(shè)置創(chuàng)造了一定的有利條件。除非老路填方邊坡本身存在明顯穩(wěn)定問題和施工質(zhì)量問題，已出現(xiàn)一些病害，此時(shí)擋墻設(shè)置應(yīng)考慮盡可能埋設(shè)至老路基的地基層面中，一般正常情況下可適當(dāng)減小擋墻高度，以節(jié)省工程造價(jià)。而當(dāng)老路填方局部設(shè)置支擋構(gòu)造時(shí)，由于地處陡坡區(qū)域，新設(shè)置的擋墻通常需建造得較高，

13、且新老擋墻間的墻背填筑施工難度較大，通常不易壓實(shí)，拓寬路基易形成工后壓密變形。a 老路基放坡 b老路基設(shè)擋墻圖1-13半填半挖老路基+外側(cè)拓寬14、半填半挖老路基外側(cè)拓寬放坡如圖1-14所示，為山區(qū)陡坡單外側(cè)拓寬型式。老路基為半填半挖型式，填方局部在路基外側(cè)設(shè)置擋土墻或者采用放坡型式，新路基均為在外側(cè)拓寬處采用放坡型式。由于地處陡坡區(qū)域，該拓寬方式填土石方量均較大。當(dāng)老路基填方局部外側(cè)設(shè)置擋墻時(shí)，新路拓寬時(shí)填筑的土、石方量相當(dāng)巨大，對(duì)當(dāng)?shù)氐匦蔚孛哺淖冚^大，由于路堤填土引起的道路地基受到的附加荷載相當(dāng)明顯，假設(shè)該處地根本身屬于不良地基，則更易造成地基的二次固結(jié)變形和填筑體本身的壓密變形，新、老路

14、基間不可防止地產(chǎn)生相當(dāng)?shù)牟町惓两担访婷鎸油ǔ?huì)在通車后一段時(shí)間產(chǎn)生相關(guān)病害；當(dāng)老路基填方局部采用放坡型式時(shí)，由于新路基拓寬寬度不大，而路堤填筑深度較大，填筑體形狀成狹長形當(dāng)?shù)胤Q一把刀，施工難度大，常用的道路壓實(shí)機(jī)具無法展開施工，因此壓實(shí)度難以保證，易留下質(zhì)量隱患，也易出現(xiàn)新老路基結(jié)合不良的相關(guān)病害。a 老路基設(shè)擋墻 b 老路基放坡圖1-14 半填半挖老路基+外側(cè)拓寬放坡15、填方老路堤放坡+填方新路基放坡如圖1-15所示，為平原地區(qū)拓寬型式。老路基為全填方放坡的路堤型式，新路基為單、雙側(cè)填方放坡拓寬。平原地區(qū)拓寬寬度通常不受山區(qū)地形限制，假設(shè)新老路線形不變，新路斷面布置時(shí)可以考慮在新老結(jié)合部

15、路表位置設(shè)置一些容許差異沉降的分隔帶，如中央分隔帶、機(jī)非分隔帶等沉降隔離設(shè)施。由于平原地區(qū)軟弱地基較為普遍，新路基荷載易使老路基發(fā)生二次沉降，從而在老路路面產(chǎn)生附加應(yīng)力，造成路面的損壞。a 單側(cè)拓寬 b 雙側(cè)拓寬圖1-15 填方老路堤放坡+填方新路基放坡16、填方老路堤擋墻+雙側(cè)填方新路基如圖1-16所示，為平原地區(qū)拓寬型式。老路為填方路基，兩側(cè)設(shè)置支擋構(gòu)造，新路向老路兩側(cè)填方拓寬。其主要問題是利用了老路擋土墻，由于擋土墻墻面的直立特性，新老路基沉降的過渡圍幾乎沒有，因此在老擋墻與新路基交界處易發(fā)生沉降突變，相關(guān)病害如縱向裂縫也往往發(fā)生在此附近。a 填方新路基設(shè)擋墻 b 填方新路基放坡圖1-1

16、6 填方老路堤擋墻+雙側(cè)填方新路基17、填方老路基單側(cè)填方新路基如圖1-17所示，為平原地區(qū)拓寬型式。此類結(jié)合方式在新路斷面中均設(shè)置了中央分隔帶。利用中央分隔帶可以形成新老路基之間的不協(xié)調(diào)變形緩沖帶，但由于拓寬路基造成的老路基二次沉降同樣不可無視。a 老路基放坡新路基擋墻 b 老路堤擋墻新路基放坡c 老路基擋墻新路基擋墻圖1-17 填方老路堤+單側(cè)填方新路基-. z.第二章路基拓寬的設(shè)計(jì)方法在公路不同的拓寬路段，由于拓寬方式、地質(zhì)條件、老路基高度和邊坡等的差異，新老路基結(jié)合部采用的處治技術(shù)也不盡一樣，針對(duì)不同的外界條件，各種處治技術(shù)的設(shè)計(jì)也存在差異，但無論采用何種處治技術(shù)，其設(shè)計(jì)理論和方法，設(shè)

17、計(jì)指標(biāo)與控制標(biāo)準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)參數(shù)取值都必須以拓寬路基的設(shè)計(jì)為根底。本章明確路基拓寬的設(shè)計(jì)方法，為新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.1 路基拓寬的設(shè)計(jì)計(jì)算理論2.2.1拓寬道路的損壞模式與拓寬設(shè)計(jì)狀態(tài)新老路基結(jié)合部常見的特有損壞模式及成因機(jī)理：1、新老路基結(jié)合部剪切開裂其形成機(jī)理通常與各種原因引起的新老路基結(jié)合面滑移有關(guān)。與這類損壞模式相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)為：結(jié)合面上的剪應(yīng)力結(jié)合面抗剪強(qiáng)度對(duì)這類損壞主要涉及滑動(dòng)穩(wěn)定，需要在穩(wěn)定性分析中考慮。2、新老路面結(jié)合部彎拉開裂其形成機(jī)理為新老路基頂面不協(xié)調(diào)變形呈型，在新老路面結(jié)合部產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形變坡率的變化，從而在新老路面結(jié)合部的基層頂面或底面產(chǎn)生附加彎

18、拉應(yīng)力，當(dāng)附加應(yīng)力超過基層彎拉強(qiáng)度時(shí)，即造成結(jié)合部基層頂面或底面的拉裂。與這類損壞模式相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)為：不協(xié)調(diào)變形引起的結(jié)合部路面基層頂面構(gòu)造附加應(yīng)力結(jié)合部路面基層彎拉強(qiáng)度基層頂面受拉不協(xié)調(diào)變形引起的構(gòu)造底面附加應(yīng)力構(gòu)造底面荷載應(yīng)力基層彎拉強(qiáng)度基層底面受拉3、老路基層頂面開裂其形成機(jī)理為拓寬路基在老路基頂面形成上凸形不協(xié)調(diào)變形，從而在老路基層頂面產(chǎn)生附加彎拉應(yīng)力，當(dāng)附加應(yīng)力超過基層彎拉強(qiáng)度時(shí)，即造成基層頂面的拉裂。與這類損壞模式相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)為：路基變形引起的老路基層頂面構(gòu)造附加應(yīng)力老路基層彎拉強(qiáng)度4、新老路基層底面開裂其形成機(jī)理為新老路基頂面形成下凹形不協(xié)調(diào)變形，在新老路基層底面產(chǎn)生構(gòu)造

19、附加應(yīng)力，當(dāng)該附加應(yīng)力和行車荷載在基層底面產(chǎn)生的荷載應(yīng)力疊加后超過基層彎拉強(qiáng)度時(shí)，即造成基層底面的拉裂。與這類損壞模式相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)為：構(gòu)造底面附加應(yīng)力構(gòu)造底面荷載應(yīng)力基層彎拉強(qiáng)度2.1.2 設(shè)計(jì)理論從上述分析可以看出，拓寬路基的損壞主要是新路基穩(wěn)定性缺乏和新老路基不協(xié)調(diào)變形造成的。拓寬路基的穩(wěn)定性問題采取與新建路基相似的方法分析，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)算加以考慮，本指南對(duì)拓寬路基的穩(wěn)定問題不做重點(diǎn)討論。而新老路基的不協(xié)調(diào)變形使得新、老路面構(gòu)造在行車荷載作用下既承受荷載應(yīng)力，同時(shí)還承受構(gòu)造附加應(yīng)力，新老路基不協(xié)調(diào)變形是路基拓寬工程產(chǎn)生病害最重要的、最根本的原因，有別于新建道路。因此，新老路基結(jié)合部各種處

20、治技術(shù)的設(shè)計(jì)思想是基于控制不協(xié)調(diào)變形為設(shè)計(jì)理論的。2.1.3 計(jì)算模型和方法1、行車荷載模型按我國現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)，選用雙輪組單軸荷載100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。其他設(shè)計(jì)參數(shù)為：雙輪組輪載為50kN，輪胎接觸路面的壓強(qiáng)為0.70MPa，接觸面積的當(dāng)量圓直徑為21.3cm，雙輪的中心距為31.95cm1.5倍當(dāng)量圓直徑。不同軸載的作用次數(shù)，按相應(yīng)的路面損壞等效原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。2、路基分析模型根本假定：1按照平面應(yīng)變問題進(jìn)展考慮，進(jìn)展二維有限元分析；2土體為彈塑性材料，采用修正的D-P模型進(jìn)展模擬；3新老路基結(jié)合部處治較好，不會(huì)因?yàn)榉€(wěn)定性缺乏而出現(xiàn)滑移，接觸條件為完全連續(xù)；4老路基和地基的

21、初始應(yīng)力場(chǎng)由老路基和地基的自重荷載產(chǎn)生；5邊界條件：地基底面兩個(gè)方向均為約束，地基寬度外側(cè)水平向約束，如雙側(cè)拓寬則進(jìn)展對(duì)稱性分析路堤中心線處加對(duì)稱約束；地基寬度外側(cè)及地表為透水邊界，地基底面為不透水邊界。網(wǎng)格劃分如圖2-1所示。模型的計(jì)算流程如下：1將新老路基單元均殺死kill、remove為空單元，對(duì)地基局部施加重力，實(shí)現(xiàn)地基在自身重力作用下的地壓平衡；2將老路堤轉(zhuǎn)化為實(shí)體單元，施加重力，得到在老路基自重荷載作用下的應(yīng)力場(chǎng)；圖2-1 網(wǎng)格劃分示意圖3保持原模型和網(wǎng)格劃分不變，重新進(jìn)展計(jì)算。將上步獲得的應(yīng)力場(chǎng)作為初始條件施加到模型中，將新路基單元?dú)⑺罏榭諉卧?，?duì)老路基和地基施加重力，實(shí)現(xiàn)在老路

22、基和地基重力作用下的地壓平衡；4模擬施工工程，當(dāng)拓寬到*一層時(shí)再將該單元轉(zhuǎn)化為實(shí)單元，并施加重力，每步按照增量迭代法計(jì)算，得到施工完畢后路堤頂面的沉降；5計(jì)算施工完成后路堤頂面的沉降；6整理沉降數(shù)據(jù)。新路基局部的不協(xié)調(diào)變形為新路堤荷載作用下的路堤頂面工后沉降，老路基局部的不協(xié)調(diào)變形則按照老路路面的利用原則分別進(jìn)展整理。3、路面構(gòu)造分析模型考慮到公路拓寬改建工程中，水泥混凝土路面的相比照例較低，本設(shè)計(jì)僅針對(duì)瀝青混凝土路面。新老路基頂面不協(xié)調(diào)變形引起的路面構(gòu)造附加應(yīng)力的計(jì)算采用有限元法。分析路面構(gòu)造對(duì)不協(xié)調(diào)變形的力學(xué)響應(yīng)時(shí)采用三層體系，即面層、基層和底基層。計(jì)算中采用如下假定：1路面各構(gòu)造層為連續(xù)

23、均質(zhì)、各向同性的線彈性材料，力學(xué)特性用彈性模量E和泊松比表征；2路面各構(gòu)造層在垂直方向完全連續(xù)，即不協(xié)調(diào)變形隨時(shí)間而緩慢增長，路面各構(gòu)造層在行車荷載與自重作用下隨之下沉，層間不會(huì)出現(xiàn)脫空現(xiàn)象；瀝青面層和基層、基層和底基層之間接觸條件為完全連續(xù)，底基層和地基之間為光滑接觸條件；3按平面應(yīng)變問題進(jìn)展分析采用平面八節(jié)點(diǎn)等參單元，面層厚度方向只劃分為1層，基層和底基層劃分為2層，網(wǎng)格劃分圖如圖2-2所示。邊界條件為在底基層底面豎直方向直接施加不協(xié)調(diào)變形，其它各邊自由。圖2-2 平面有限元分析網(wǎng)格劃分示意圖2.2 路基拓寬的設(shè)計(jì)指標(biāo)和控制標(biāo)準(zhǔn)路面構(gòu)造附加應(yīng)力是由新老路基不協(xié)調(diào)變形引起的，而表征這種不協(xié)調(diào)

24、變形的指標(biāo)則是新老路基頂面的變坡率，即指設(shè)計(jì)使用年限，路基頂面單位寬度的橫向坡度改變量。變坡率可以通過不協(xié)調(diào)變形進(jìn)展計(jì)算，而且控制了路基頂面的變坡率即控制了路面構(gòu)造的附加應(yīng)力，因此，可以選擇變坡率作為路基拓寬設(shè)計(jì)的指標(biāo)。以基層開裂為控制狀態(tài)時(shí)，路基頂面變坡率的控制標(biāo)準(zhǔn)與老路路面構(gòu)造是否利用以及新老路面結(jié)合狀態(tài)有關(guān)。對(duì)于本工程分析的典型高等級(jí)瀝青路面構(gòu)造如表2-1所示，變坡率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表2-2所示，其他各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)與新建瀝青路面一樣。表2-1 典型路面構(gòu)造和材料參數(shù)構(gòu)造層 工程瀝青混凝土面層二灰碎石基層石灰土底基層彈性模量EMPa12001400600續(xù)表2-1構(gòu)造層 工程瀝青混凝土面層二

25、灰碎石基層石灰土底基層泊松比u0.30.30.3重度g /cm32.02.02.0厚度hcm124030表2-2路基拓寬的變坡率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)老路路面構(gòu)造利用情況新老路面結(jié)合狀況路基頂面變坡率設(shè)計(jì)指標(biāo)老路基新路基不利用0.40.4利用別離1.50.5結(jié)合1.50.5-0.18新、老路基變坡率差值0.43注：僅針對(duì)高等級(jí)半剛性基層瀝青路面。2.3 路基的設(shè)計(jì)參數(shù)取值拓寬路基的設(shè)計(jì)參數(shù)，主要包括：1、新老路基土的根本物理力學(xué)指標(biāo)包括新老路基土顆粒粒徑、容重、密度、塑限、液限、含水量，粘聚力及摩擦角，土基CBR值、回彈模量等。測(cè)試方法嚴(yán)格按現(xiàn)行公路土工試驗(yàn)規(guī)程執(zhí)行。運(yùn)用大型有限元程序ABAQUS計(jì)算路基的

26、不協(xié)調(diào)變形時(shí)，采用的是線性DruckerPrager模型。下面對(duì)這種模型及其計(jì)算取值做一簡(jiǎn)要說明。分析中采用DP彈塑性模型來模擬土體的應(yīng)力應(yīng)變特征，所以需要通過試驗(yàn)來確定DP模型所需要的各計(jì)算參數(shù)。最簡(jiǎn)單的DP模型如本文采用的線形DP模型至少需要兩個(gè)試驗(yàn)，對(duì)土體材料，最常用的試驗(yàn)是單軸壓縮試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)。另外，對(duì)有粘聚力的土體，也可以選用剪切試驗(yàn)。單軸壓縮試驗(yàn)即在兩鋼板之間對(duì)試件進(jìn)展壓縮，記錄加載方向上的荷載和位移大小，并記錄下側(cè)向位移以便計(jì)算試件的體積變化。三軸試驗(yàn)則可以獲得更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過三軸儀固定側(cè)向應(yīng)力，在不同側(cè)向應(yīng)力水平下記錄加載方向的荷載值和應(yīng)變值以及側(cè)向應(yīng)變值。為確定材

27、料的屈服參數(shù)，需要記錄下不同側(cè)向應(yīng)力時(shí)屈服位置的應(yīng)力和應(yīng)變，屈服應(yīng)力指試件開場(chǎng)出現(xiàn)非彈性特征時(shí)的應(yīng)力大小，如圖2-3所示。實(shí)際應(yīng)用中還需要通過對(duì)三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的線性擬合獲得DP材料的摩擦角、值，如圖2-4所示。為三軸壓縮試驗(yàn)的擬合直線對(duì)軸的傾角，是在同一值水平下，拉伸試驗(yàn)擬合直線確定的值與壓縮試驗(yàn)擬合直線確定的之比。其中，、為應(yīng)力不變量。在三軸壓縮試驗(yàn)中，所有主應(yīng)力都是負(fù)值，則其應(yīng)力不變量是：2-1 SHAPE * MERGEFORMAT 圖2-3 材料塑性參數(shù)確實(shí)定 圖2-4 塑性參數(shù)確實(shí)定在三軸間接拉伸試驗(yàn)中，主應(yīng)力大小排列為：0，則應(yīng)力不變量為：2-2在不同側(cè)向壓力下得到一系列、數(shù)據(jù)，則可

28、以獲得屈服面的形狀，如圖2-5所示。對(duì)于平面應(yīng)變問題，也可以通過MohrCoulomb模型中的材料參數(shù)獲取DP材料參數(shù)。因?yàn)樵谄矫鎽?yīng)變問題中，可以假設(shè)=1，可推出如下關(guān)系： 2-3 2-4圖2-5 屈服面確實(shí)定當(dāng)0時(shí)，有2-5 2-6當(dāng)時(shí)，有 2-7 2-82、路面各構(gòu)造層材料的設(shè)計(jì)參數(shù)各構(gòu)造層材料的抗壓回彈模量、泊松比、厚度，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強(qiáng)度等。按現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)JTJ01497的規(guī)定測(cè)試。3、拓寬圍軟土地基的設(shè)計(jì)參數(shù)如在平原軟土地區(qū)，需要進(jìn)展地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，通過鉆探、原位測(cè)試和室實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定軟弱土層的深度，含水量，塑性指數(shù)，液性指數(shù)，孔隙比，壓縮模量，剪切強(qiáng)度， 滲

29、透系數(shù)等指標(biāo)。按現(xiàn)行公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)JTJ01796測(cè)定。4、其他設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于不同的處治技術(shù)，應(yīng)根據(jù)處治技術(shù)所選取的材料，施工工藝等確定其設(shè)計(jì)參數(shù)，在后面章節(jié)中詳述。2.4路基拓寬的設(shè)計(jì)方法2.4.1 拓寬路基穩(wěn)定性分析拓寬路基的穩(wěn)定性分析與新建路基一樣，設(shè)計(jì)和分析方法詳見相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)JTJ01395、公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)JTJ01796等和手冊(cè)公路設(shè)計(jì)手冊(cè)路基。本指南不對(duì)拓寬路基的穩(wěn)定驗(yàn)算作深入探討，必須注意的是在陡坡穩(wěn)定性分析中必須考慮新路基沿新老路基結(jié)合面的滑移穩(wěn)定性。與新建路堤一樣，在地面坡度較大時(shí)，除應(yīng)保證路堤邊坡穩(wěn)定外，還要預(yù)防路堤沿地面陡坡

30、下滑。新老路基結(jié)合最為特殊的情況是必須防止新路基沿結(jié)合面下滑，如圖2-6所示。在穩(wěn)定性缺乏時(shí)，需因地制宜地采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?。圖2-6 陡坡穩(wěn)定性分析驗(yàn)算前，應(yīng)先判定滑動(dòng)面的位置和形狀，并通過調(diào)查分析或試驗(yàn)，取得較符合實(shí)際情況的可能下滑的計(jì)算參數(shù)容重、單位粘聚力和摩擦角。假設(shè)老路基抗剪強(qiáng)度比新路基高，則滑動(dòng)面在路基部為ab，反之則為cd如圖2-6所示。將折線劃分為幾個(gè)直線段，路堤也按各直線段劃分假設(shè)干土體如圖2-6所示，從上側(cè)山坡到下側(cè)山坡，逐塊計(jì)算每塊土體沿直線滑動(dòng)面的下滑力，按最后一塊土體的剩余下滑力的正負(fù)值來判斷路堤的穩(wěn)定性。第一塊土體的下滑力可按式2-9算得： 2-9E1平行于第一段滑

31、動(dòng)面。隨后各塊土體的下滑力相應(yīng)為：2-10式中：角標(biāo)n-1表示上一塊土體。假設(shè)算得第n塊土體的En為負(fù)值時(shí)，則可不列入下一塊土體的計(jì)算。En平行于各相應(yīng)土塊的滑動(dòng)面。最后一塊土體的下滑力為正值時(shí)，路堤即不穩(wěn)定，需采取相應(yīng)的穩(wěn)定措施。路基不協(xié)調(diào)變形和變坡率的計(jì)算按照2.1.3節(jié)所建立的路基計(jì)算模型和所示流程計(jì)算。模型中必須綜合考慮土體的非線性、固結(jié)以及施工的過程。在一般拓寬工程的設(shè)計(jì)中，也可以按照分層總和法計(jì)算出沉降極值，再對(duì)本指南所提出的型曲線進(jìn)展修正，近似地得出不協(xié)調(diào)變形。為方便該近似方法的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)算，本研究報(bào)告提出的設(shè)計(jì)指標(biāo)變坡率和標(biāo)準(zhǔn)采用了平均變坡率的概念，即沉降極值最大值和最小值的差與沉

32、降極值點(diǎn)距離的比值。路面構(gòu)造力學(xué)響應(yīng)分析按照2.1.3節(jié)所建立的路面計(jì)算模型分別計(jì)算老路路面利用與否時(shí)的路基不協(xié)調(diào)變形對(duì)路面構(gòu)造產(chǎn)生的附加應(yīng)力。采用基層的彎拉應(yīng)力作為瀝青路面的強(qiáng)度指標(biāo)。路面構(gòu)造的承受能力判定標(biāo)準(zhǔn)為：不協(xié)調(diào)變形引起的路面構(gòu)造附加應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)軸載荷載應(yīng)力半剛性基層設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度其中，半剛性基層的抗彎拉強(qiáng)度按0.45MPa計(jì)。老路路面不利用時(shí)，路面基層底面最大彎拉應(yīng)力發(fā)生位置可能在拓寬路基局部，也可能在老路基局部。所以，在老路路面構(gòu)造不利用的情況下，新老路基下凹形的不協(xié)調(diào)變形可導(dǎo)致老路基局部路面或者拓寬路基局部路面的基層底面彎拉開裂。老路路面利用時(shí)，新老路基不協(xié)調(diào)變形使得路面構(gòu)造在老路基

33、層頂面、新路基層底面、新老路面結(jié)合部基層頂面或底面均會(huì)產(chǎn)生彎拉應(yīng)力。所以該種情況下，路面構(gòu)造的損壞模式包括老路路面基層頂面的拉裂和新路基層底面的拉裂，以及當(dāng)新路基不協(xié)調(diào)變形的變坡率大于老路基不協(xié)調(diào)變形的變坡率時(shí)，新、老路面構(gòu)造結(jié)合部位的基層頂面將產(chǎn)生彎拉應(yīng)力；反之，新、老路面構(gòu)造結(jié)合部位的基層底面將產(chǎn)生彎拉應(yīng)力。2.4.2 設(shè)計(jì)流程圖與步驟路基拓寬的設(shè)計(jì)流程圖：根底資料調(diào)研初擬路基拓寬方案穩(wěn)定性驗(yàn)算不協(xié)調(diào)變形及變坡率指標(biāo)計(jì)算路面構(gòu)造設(shè)計(jì)是否典型瀝青路面構(gòu)造路面構(gòu)造力學(xué)響應(yīng)計(jì)算完成更改拓寬路基設(shè)計(jì)方案、新老路基結(jié)合部處治設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算完成更改路面構(gòu)造設(shè)計(jì)不通過通過不通過不通過通過通過是否圖2-

34、7拓寬路基設(shè)計(jì)流程圖路基拓寬的設(shè)計(jì)步驟：1、交通量調(diào)查分析。通過交通量調(diào)查分析設(shè)計(jì)使用年限年交通量平均增長和標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。2、地質(zhì)水文調(diào)查分析。對(duì)舊路所經(jīng)地段重新進(jìn)展水文、地質(zhì)調(diào)查，尤其是舊路上經(jīng)常出現(xiàn)損壞的地段如軟基、水毀、滑坡、塌方等地段。3、舊路狀況調(diào)查。調(diào)查舊路面的彎沉值、基層強(qiáng)度以及破損狀況，對(duì)其剩余強(qiáng)度進(jìn)展評(píng)估，并進(jìn)展必要的補(bǔ)強(qiáng)。如果舊路面狀況良好，可以繼續(xù)使用舊路面。4、在前幾項(xiàng)工作的根底上，劃分設(shè)計(jì)路段，并選定相應(yīng)的路基拓寬方式和尺寸。5、選定橫斷面型式，并確定拓寬路基的三要素：寬度、高度設(shè)計(jì)標(biāo)高、邊坡坡度。6、進(jìn)展結(jié)合部的處治設(shè)計(jì)，并對(duì)新填路基的穩(wěn)定性與路基的整體穩(wěn)定性進(jìn)

35、展驗(yàn)算。7、對(duì)軟弱地基還應(yīng)進(jìn)展地基處理設(shè)計(jì)。8、運(yùn)用有限元方法進(jìn)展路基頂面的不協(xié)調(diào)變形分析，確保新老路基頂面的變坡率控制在容許圍。如果不協(xié)調(diào)變形滿足變坡率要求，則在此根底上進(jìn)展路面構(gòu)造設(shè)計(jì)，并分析路面構(gòu)造對(duì)不協(xié)調(diào)變形的力學(xué)響應(yīng)。9、結(jié)合原有路基、路面排水系統(tǒng)進(jìn)展排水設(shè)計(jì)。-. z.第三章新老路基結(jié)合部處治技術(shù)概述新老路基結(jié)合部處治的根本目的就是在保證路基穩(wěn)定的前提下，控制路基的不協(xié)調(diào)變形。不同條件下，新老路基不協(xié)調(diào)變形的組成不同，因而新老路基結(jié)合部的處治技術(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)的具體工程特點(diǎn)和各項(xiàng)措施的適用條件進(jìn)展選擇。3.1 新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的分類按照處治措施的部位和處治機(jī)理來劃分，可以將不協(xié)調(diào)變

36、形的控制技術(shù)劃分為4大類：路面部處治、路基部處治、外部處治和綜合處治如表3-1。表 3-1 新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的初步分類新老路基結(jié)合部處治技術(shù)路面部處治增加厚度提高抗變形能力加筋、設(shè)置網(wǎng)片、路基部處治結(jié)合面處理填料及壓實(shí)控制路基加筋輕質(zhì)路堤外部處治地基處理支擋構(gòu)造綜合處治設(shè)置分隔帶完善排水系統(tǒng)過渡性路面、外部綜合處治上表中的處治技術(shù)如果按新老路基結(jié)合部不協(xié)調(diào)變形的主要來源可分為針對(duì)新老路基結(jié)合部不良地質(zhì)條件的地基處理技術(shù)；針對(duì)新老路基結(jié)合強(qiáng)度缺乏的老路邊坡處理和結(jié)合部的加筋技術(shù)；針對(duì)路基自身的壓縮變形過大的控制路基填料和壓實(shí)度、采用輕質(zhì)路基等措施；如果新老路基結(jié)合部的不協(xié)調(diào)變形由上述幾種因

37、素共同組成，則應(yīng)采取綜合處治技術(shù)如表3-2。實(shí)際拓寬改建工程中，常常根據(jù)具體的工程特點(diǎn)，因地制宜地選用不同處治方式，有時(shí)多種處治技術(shù)綜合使用。舊路的拓寬改建中，新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的設(shè)計(jì)和施工是整個(gè)改建工程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，因此，在實(shí)際拓寬改建工程中，需要精心設(shè)計(jì)，精心施工，確保工程質(zhì)量。表3-2 針對(duì)不協(xié)調(diào)變形來源的處治技術(shù)及適用條件新老路基結(jié)合部不協(xié)調(diào)變形的主要來源結(jié)合部處治技術(shù)適用條件新路基作用下地基的固結(jié)沉降采取換填、拋石擠淤，復(fù)合地基，排水固結(jié)法處理結(jié)合部地基不良地質(zhì)條件下的路基拓寬、高填路堤等新老路基結(jié)合部結(jié)合強(qiáng)度缺乏老路邊坡覆土處理、臺(tái)階開挖，結(jié)合部設(shè)置土工格柵等老路邊坡土

38、受自然風(fēng)化等作用強(qiáng)度較低，新老路基拼接困難新老路基的自身壓縮變形優(yōu)選新路基填料，提高壓實(shí)度，新路基采用二灰、EPS輕質(zhì)路堤地質(zhì)條件較好的路基拓寬上述幾種因素的組成上述處治技術(shù)綜合使用，同時(shí)考慮設(shè)置擋墻、路面輔助處治技術(shù)和完善排水系統(tǒng)等各種不良地基、路基以及結(jié)合面條件3.2 結(jié)合部處治設(shè)計(jì)施工技術(shù)原則1、新老路基結(jié)合部處治的根本目的就是在保證路基穩(wěn)定的前提下，控制路基的不協(xié)調(diào)變形。因此，變形協(xié)調(diào)與控制是處治技術(shù)的核心。2、對(duì)道路整體來說，路基、路面相互作用、相互影響。因而，新老路基結(jié)合部的處治技術(shù)應(yīng)當(dāng)從路基、路面、排水、支擋等各個(gè)方面進(jìn)展統(tǒng)一考慮，突出綜合處治的思想。3、新老路基結(jié)合部的處治技術(shù)

39、應(yīng)充分考慮地域、地質(zhì)和環(huán)境的適用性、經(jīng)濟(jì)合理性以及施工便利性。4、新老路基結(jié)合部處治的設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。5、在線形條件允許的前提下，老路盡量采取雙側(cè)拓寬的方式，以及新老路基結(jié)合部上方盡可能設(shè)置成分隔帶。6、優(yōu)先考慮鋪設(shè)過渡性路面，待新老路基不協(xié)調(diào)變形穩(wěn)定后再重新鋪筑最終的路面構(gòu)造。且鋪筑新路面構(gòu)造時(shí)，應(yīng)減小基層厚度和模量，適當(dāng)提高面層厚度和模量。3.3 結(jié)合部處治設(shè)計(jì)施工準(zhǔn)備1、收集并熟悉老路沿線的地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象等資料，以及沿線地下管線、構(gòu)造物等的布設(shè)情況。2、合理地利用鉆探、觸探、十字板剪切等測(cè)試方法，做好新老路基結(jié)合部地基土、路基填料的檢測(cè)，試驗(yàn)方法按公

40、路土工試驗(yàn)規(guī)程JTJ05193辦理。檢測(cè)工程：1液限、塑限、塑性指數(shù)、天然稠度或液性指數(shù)2顆粒大小分析3含水量和密度4重型擊實(shí)試驗(yàn)5強(qiáng)度CBR值6有機(jī)質(zhì)含量和易溶鹽含量3、施工前，按照設(shè)計(jì)圖紙要求，恢復(fù)路線中樁，定出路基拓寬用地界樁、路堤坡腳、路塹頂、邊溝等具體樁位。路基拓寬圍的既有房屋、通訊、電力設(shè)施、上下水道及其它建筑物，均應(yīng)協(xié)助有關(guān)部門事先拆遷，對(duì)于拓寬路基附近的危險(xiǎn)建筑物應(yīng)予以適當(dāng)加固。4、新路基用地圍的樹木、灌木叢等均應(yīng)在施工前砍伐或移植清理，砍伐的樹木應(yīng)移植于路基用地圍之外，將樹根全部挖出，并將坑穴填平夯實(shí)。如填方地段有水田、水塘，水溝、水渠，必須清淤，并將溝渠的舊砌體及雜物除掉，

41、再用砂、碎石等性能好的材料回填，整平壓實(shí)，壓實(shí)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。5、施工機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備和調(diào)試。清淤、清表、翻填宜采用挖掘機(jī)作業(yè)，壓實(shí)機(jī)械應(yīng)選擇中小型壓路機(jī)，局部地方采用機(jī)械打夯機(jī)。6、選取地質(zhì)條件、斷面型式具有代表性的拓寬地段修建試驗(yàn)路基，試驗(yàn)路基的長度不宜小于100m，新路基填料厚度按30cm進(jìn)展試驗(yàn)，確定不同機(jī)具壓實(shí)不同填料的最正確含水量、適宜的松鋪厚度和相應(yīng)的碾壓遍數(shù)、最正確的機(jī)械配套和施工組織。7、做好排水設(shè)施。應(yīng)事先做好截水溝、排水溝等排水及防滲設(shè)施。路堤拓寬施工中各施工層外表不應(yīng)有積水。雨季施工或因故中斷施工時(shí)，必須將施工層外表修理平整并壓實(shí)。-. z.第四章新老路基結(jié)合部地基處理

42、技術(shù)4.1 概述如果新老路基結(jié)合部地質(zhì)條件不良，或者拓寬路基是高填路堤、位于陡坡地段時(shí)，天然地基的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性不能滿足要求，就需要對(duì)新老路基結(jié)合部地基進(jìn)展處理。參考公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)JTJ01796中對(duì)路面工后沉降要求表4-1，可以路基拓寬工程中新老路基結(jié)合部容許差異沉降為控制指標(biāo)，如表4-2所示，如不滿足表4-2的要求時(shí)，應(yīng)針對(duì)差異沉降進(jìn)展地基處理。表4-1容許工后沉降橋臺(tái)與路堤相鄰處涵洞或箱涵通道處一般路段高速公路、一級(jí)公路0.10m0.20m0.30m二級(jí)公路采用高級(jí)路面0.20m0.30m0.50m表4-2 公路拓寬工程中的新老路基結(jié)合部容許差異沉降公路等級(jí)容許差異

43、沉降mm高速公路、一級(jí)公路20二級(jí)公路40注：新老路基頂面不協(xié)調(diào)變形應(yīng)滿足表2-1的標(biāo)準(zhǔn)。1、拓寬局部地基處理方法的選取應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：1拓寬局部的地基狀況地基的土質(zhì)以及不良土層的構(gòu)成厚度、排水層等條件。2拓寬道路的性質(zhì)拓寬改建道路的等級(jí)、對(duì)不協(xié)調(diào)變形的要求，拓寬路基的高度和寬度，是否與周圍擋墻、橋涵等構(gòu)筑物連接。3施工條件工期、材料供給、施工機(jī)具的作業(yè)條件等。4對(duì)周圍環(huán)境的影響對(duì)老路基和其他鄰近建筑物的擾動(dòng)，按設(shè)計(jì)和規(guī)的要求在老路基適當(dāng)位置布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)展穩(wěn)定和沉降監(jiān)測(cè)；施工中的噪音、污染對(duì)周圍環(huán)境的影響。5各種地基處理方法的適用條件、優(yōu)點(diǎn)及局限性道路拓寬改建工程常用的地基處理方法、原理

44、及適用條件如表4-3所示。在實(shí)際拓寬改建工程中應(yīng)根據(jù)上述因素經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選后選擇最優(yōu)的地基處理方法。表4-3結(jié)合部不良地基常用的處理方法地基處理方法原 理適用條件換填法把拓寬路基基底下一定淺層圍的不良地基土局部或全部挖出，用砂、碎石、灰土、礦渣等強(qiáng)度高、滲透性好的粒狀材料回填，可以增加結(jié)合部地基表層強(qiáng)度，防止地基局部剪切變形結(jié)合部地基由厚度小于3m的不良土組成且易于挖出，拓寬路基填筑高度較低拋石擠淤法采用不易風(fēng)化的石料強(qiáng)迫使淤泥向兩旁擠出適用于軟土層位于水下3m，稠度遠(yuǎn)超過液限，呈流動(dòng)狀態(tài)的路段，淤泥較厚時(shí)慎用排水固結(jié)法預(yù)壓法在地基中設(shè)置豎向排水系統(tǒng)如插置塑料排水板、袋裝砂井和水平向的排水

45、系統(tǒng)砂墊層，再利用逐級(jí)填筑的路基土或真空預(yù)壓使地基土體排水固結(jié)、產(chǎn)生固結(jié)沉降使土體強(qiáng)度增長，地基承載力提高，結(jié)合部地基的固結(jié)沉降在施工期間根本完成厚度超過5m的軟粘土、淤泥和淤泥質(zhì)土地基，工期長，會(huì)對(duì)老路基有一定的影響，應(yīng)慎用復(fù)合地基粒料樁使用振沖器在高壓水流作用邊振邊沖在地基中成孔，在孔填入碎石、卵石等粗粒料且振密成碎石樁。碎石樁與樁間土形成復(fù)合地基，具有樁柱、墊層、排水的作用，以增強(qiáng)地基承載力，提高新老路基的壓縮模量比適用圍廣泛，如粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土地基等，拓寬路基高度較大粉噴樁依據(jù)物理化學(xué)原理，利用機(jī)械設(shè)備將具有固化和抗?jié)B透性能的水泥粉灌入地基土體的間隙孔隙或裂隙等或構(gòu)造面

46、，并使之在一定圍擴(kuò)散和固化，以到達(dá)提高拓寬地基強(qiáng)度、降低滲透性、改善地基物理力學(xué)性質(zhì)的一種方法拓寬圍為天然含水量大于30的淤泥質(zhì)土、粘性土和粉性土地基，加固深度不宜大于15m輕質(zhì)路堤二灰具有自重輕的優(yōu)點(diǎn)，減少拓寬路堤自身的壓縮變形，但飽水后強(qiáng)度顯著降低受地下水和地表積水影響較小的拓寬路基EPS輕質(zhì)路堤聚苯乙烯板塊EPS容重只有土的1/501/100，并具有較好的強(qiáng)度和壓縮性能，用于新路基填料，可有效地減少作用在地基上的荷載、需要時(shí)也可置換局部地基土，已到達(dá)更好的效果結(jié)合部地基為各種軟弱地基，高填路基，但價(jià)格較高加筋土法在土體中埋置土工合成材料土工織物、土工格柵等、金屬板條等形成加筋土墊層，增大

47、壓力擴(kuò)散角，提高地基承載力，減小沉降結(jié)合部地基為各種軟弱不良地基2、拓寬局部地基處理方法的設(shè)計(jì)步驟和流程圖拓寬局部地基處理的設(shè)計(jì)步驟：1根據(jù)拓寬路基的寬度和高度確定地基的處理圍；2選擇合理的地基處理方法；3按與新建路基一樣的方法驗(yàn)算新老路基穩(wěn)定性和沉降量；4按本指南提出的方法驗(yàn)算新老路基的不協(xié)調(diào)變形；5如3、4不能滿足，更改地基處理方法，或者調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)或材料性能，再重新計(jì)算；6按設(shè)計(jì)要求施工，完成后進(jìn)展質(zhì)量檢測(cè)，如不滿足要求，采取補(bǔ)救措施，重復(fù)步驟5；7施工條件、機(jī)具、材料的控制和選擇。新老路基結(jié)合部地基處理設(shè)計(jì)流程圖：拓寬路基天然地基條件天然地基是否滿足要求天然地基經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比選出最優(yōu)處理

48、方法對(duì)周圍環(huán)境影響地基狀況和拓寬路基性質(zhì)施工條件地基處理設(shè)計(jì)承載力、穩(wěn)定性是否滿足要求不協(xié)調(diào)變形是否滿足要求完成調(diào)整改良滿足不滿足滿足滿足不滿足不滿足圖4-1結(jié)合部地基處理設(shè)計(jì)流程圖4.2 墊層及淺層處理技術(shù)墊層及淺層處理技術(shù)適用于處理拓寬路基地表下0.5m3m的含水量較高的軟弱不良土地基，且不良土易于挖出，拓寬路基填筑高度較低。墊層施工一般應(yīng)分層鋪填、分層壓實(shí)、分層質(zhì)量檢驗(yàn)。施工時(shí)最優(yōu)含水量、鋪設(shè)與壓實(shí)厚度、壓實(shí)遍數(shù)等，應(yīng)根據(jù)各類施工機(jī)具與設(shè)計(jì)要求通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。在墊層與淺層處理新老結(jié)合部的基底時(shí)，常用的換填材料主要有砂礫、石渣、石灰土等。換土墊層施工示意圖如4-2所示。圖4-2 換填土層

49、施工示意圖4.2.1 砂墊層1、材料要求砂墊層材料宜采用中砂及粗砂，不得含有草根、垃圾等有機(jī)雜物，不準(zhǔn)摻有細(xì)砂及粉砂，且含泥量不應(yīng)超過5，碎卵石最大粒徑不應(yīng)大于5cm。2、設(shè)計(jì)要點(diǎn)1砂墊層施工關(guān)鍵是將砂加密到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。常用的加固方法有振動(dòng)法包括平振、插振、夯實(shí)、水撼法、碾壓法等。這些方法要求分層鋪砂，然后逐層密實(shí)或壓實(shí)，分層的厚度視振動(dòng)力的大小而定，一般為1520cm。2無論采用何種施工方法，在施工過程中，都應(yīng)防止對(duì)原表層土過大擾動(dòng)，以免造成砂和原地基土混合。3砂礫墊層無明顯粗細(xì)料別離，最大粒徑不應(yīng)大于5 cm。4砂墊層寬度應(yīng)寬出新路基外側(cè)邊腳0.51.0 m，并以片石護(hù)砌或采用其它方

50、式防護(hù)，以免砂料流失。5碾壓施工時(shí)，砂墊層的最正確含水量一般控制在812。3、施工方法1當(dāng)拓寬路基地基表層有一定厚度的硬殼層，其承載力較好，能上一般運(yùn)輸機(jī)械時(shí)，一般采用機(jī)械分堆攤鋪法，即先堆成假設(shè)干砂堆，然后用機(jī)械或人工攤平。2當(dāng)硬殼層承載力缺乏時(shí)，一般采用順序推進(jìn)攤鋪法。3當(dāng)?shù)鼗獗砗苘洉r(shí)，如新沉積或新吹填不久的軟弱地基，首先要改善地基外表的持力條件，使其能上施工人員和輕型運(yùn)輸工具。工程上常采用如下措施：地基外表鋪設(shè)荊芭；外表鋪設(shè)塑料編織網(wǎng)或尼龍紡織網(wǎng)，紡織網(wǎng)上再攤鋪砂墊層；外表鋪設(shè)土工合成材料，土工合成材料上再鋪排水墊層；采用人工或輕便機(jī)械順序推進(jìn)鋪設(shè)，常用的有以下兩種：a、用人力手推車運(yùn)

51、砂鋪設(shè)；b、用輕型小翻斗車鋪設(shè)。4.2.2 換填石渣1、材料要求石渣施工控制指標(biāo)為粒徑不大于20cm水田段不大于30cm，含土量不大于10，5mm以上的粒徑不小于70。壓碎值20MPa。2、設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)1填筑石渣每層厚度不大于40cm水田段50cm，超過40cm應(yīng)分層填筑。2單層施工方法：推土機(jī)推平石渣，壓實(shí)機(jī)械采用40T拖式振動(dòng)碾，先靜后振，先輕后重，強(qiáng)化振壓6遍。3雙層或多層施工方法：第一層鋪筑40cm，碾壓順序?yàn)椋菏褂猛仆翙C(jī)粗平，并排壓23遍；采用18T振動(dòng)壓路機(jī)靜壓3遍，振壓3遍；平地機(jī)精平，18T振動(dòng)壓路機(jī)靜壓3遍；鋪第二層石渣，使用YCT2025T沖擊碾壓，碾壓20遍，進(jìn)展路基正

52、常填筑。4檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：石渣外觀表現(xiàn)嚴(yán)密，無松散，無輪跡，再次碾壓標(biāo)高無顯著變化，則認(rèn)為石渣碾壓完畢。4.2.3 石灰土墊層石灰土在原地面上用一定體積比拌和、在最正確含水量下壓實(shí)。1、材料要求1石灰。在施工現(xiàn)場(chǎng)用做灰土的熟石灰應(yīng)予過篩，其粒徑不得大于5mm。熟石灰中不得夾有未熟化的生石灰塊，也不得含有過多的水分。一般常用的熟石灰粉末其質(zhì)量應(yīng)符合級(jí)以上的標(biāo)準(zhǔn)，活性CaOMgO含量不低于50，如果拌制強(qiáng)度較高的灰土，宜選用或級(jí)石灰。當(dāng)活性氧化物含量不高時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加石灰的用量。石灰的貯存時(shí)間不宜超過3個(gè)月。2土料。通常采用粘性土土塑性指數(shù)大于4拌制灰土，其團(tuán)粒不得大于50mm，否則應(yīng)予粉碎。3石灰用量

53、。一般情況下2：83：7的灰土比可作為最正確配比。4當(dāng)采用石灰、粉煤灰墊層時(shí)，施工最正確含水量為50左右，石灰摻入量以1520為宜，壓實(shí)系數(shù)在0.940.97時(shí)，干土密度為940970kg/m3。2、設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)1灰土墊層施工前必須對(duì)下臥層地基進(jìn)展檢驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)局部軟弱土坑，應(yīng)挖除，用素土或灰土填平夯實(shí)。2施工時(shí)應(yīng)將灰土拌和均勻，控制含水量，如土料水分過多應(yīng)晾干，缺乏時(shí)應(yīng)灑水潤濕。一般可按經(jīng)歷現(xiàn)場(chǎng)直接判斷，其方法為手捏灰土成團(tuán)，兩指輕捏即碎，或落地粉碎，這時(shí)，灰土根本上接近最正確含水量。3掌握分層松鋪厚度，按采用的壓實(shí)機(jī)具現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來確定，一般情況下松鋪30cm，分層壓實(shí)厚度為20cm。4壓實(shí)后

54、的灰土應(yīng)采取排水措施，3天不得受水浸泡。5灰土墊層鋪筑完畢后，要防止日曬雨淋，及時(shí)鋪筑上層拓寬路基。4.2.4 拋石擠淤拋石擠淤一般用于處理結(jié)合部地基厚度小于3.0m的泥沼及軟弱土層，這種方法適用于軟土層位于水下，更換土壤施工困難或基底直接落在含水量極高的淤泥中，稠度遠(yuǎn)超過液限，呈流動(dòng)狀態(tài)的路段，拋石擠淤施工示意圖如4-3所示。圖4-3拋石擠淤施工示意圖拋石擠淤應(yīng)符合以下要求：1、使用不易風(fēng)化的石料，片石大小隨泥炭稠度而定。對(duì)于容易流動(dòng)的泥炭或淤泥，片石宜稍小些，但不宜小于30cm，且小于30cm粒徑含量不得超過20。2、當(dāng)軟弱土層平坦時(shí)，拋投應(yīng)沿老路路基坡腳拋填，再逐漸向拓寬外側(cè)擴(kuò)展，使淤泥

55、向外擠出。拋石時(shí)應(yīng)從下臥層高的一側(cè)向低的一側(cè)擴(kuò)展，使低的一側(cè)適當(dāng)高度圍多拋一些，并使低側(cè)邊約有2m寬的平臺(tái)頂面，以增加其穩(wěn)定性。3、片石拋出軟弱土層面后，應(yīng)用較小石塊填塞墊平，用重型機(jī)械碾壓密實(shí)，拋填片石頂面應(yīng)高出常水位至少50cm，然后宜在其上鋪設(shè)土工織物等反濾層，再填筑信路基。4.2.5 質(zhì)量檢測(cè)與控制1、墊層質(zhì)量檢驗(yàn)包括：分層施工質(zhì)量檢查和工程質(zhì)量驗(yàn)收。2、分層施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)使墊層到達(dá)設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度，各類墊層的標(biāo)準(zhǔn)如下：砂墊層的干重度：中砂16KN/m3，粗砂根據(jù)經(jīng)歷適當(dāng)提高；灰土墊層的壓實(shí)系數(shù)一般應(yīng)到達(dá)0.930.95。3、砂墊層的分層施工質(zhì)量可選用以下方法檢測(cè)：環(huán)刀壓入法：環(huán)刀容

56、積21064106mm3，徑高比1：1。取樣前測(cè)點(diǎn)外表應(yīng)刮去3050mm厚的松砂，并采用定向筒壓入；貫入法：采用直徑20mm，長度1.25m的平頭光圓鋼筋，自由貫入高度為700mm，并應(yīng)使鋼筋垂直下落。符合質(zhì)量控制要求的貫入度值根據(jù)砂樣品種通過試驗(yàn)確定。4、測(cè)點(diǎn)布置面積300m2時(shí)，環(huán)刀法為3050m2布置一個(gè)，貫入法為1015m2布置一個(gè)；面積300m2時(shí)，環(huán)刀法為50100m2布置一個(gè)。5、換填完畢后，可按工程的要求進(jìn)展墊層的工程質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收方式可通過荷載試驗(yàn)進(jìn)展。在有充分試驗(yàn)依據(jù)時(shí)，也可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)或靜力觸探試驗(yàn)。6、當(dāng)有成熟試驗(yàn)說明通過分層施工質(zhì)量檢驗(yàn)?zāi)軡M足工程要求時(shí)，也可不進(jìn)展

57、工程質(zhì)量的整體驗(yàn)收。4.3 復(fù)合地基復(fù)合地基主要包括碎石樁、粉噴樁、水泥攪拌樁等。新老路基結(jié)合部采用復(fù)合地基構(gòu)造示意圖如4-4所示。1、設(shè)計(jì)原則1適用條件各種復(fù)合地基主要是通過豎向增強(qiáng)體來提高拓寬路基局部地基的承載力和壓縮模量，施工過程中對(duì)老路基地基影響較小，因此，對(duì)路基拓寬工程比擬適用。2樁長應(yīng)根據(jù)軟弱土層的性能、厚度或工程要求按以下原則確定：當(dāng)相對(duì)硬層深度不大時(shí)，樁應(yīng)打到相對(duì)硬層；當(dāng)相對(duì)硬層深度較大時(shí)，應(yīng)經(jīng)沉降、穩(wěn)定驗(yàn)算確定。對(duì)沉降計(jì)算，加固深度應(yīng)滿足新老路基結(jié)合部不協(xié)調(diào)變形容許值；對(duì)穩(wěn)定計(jì)算，加固深度應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面深度；樁長不宜短于4m。3樁徑復(fù)合地基樁的直徑應(yīng)根據(jù)地基土質(zhì)情況和成

58、樁設(shè)備等因素確定。采用振沖法成樁時(shí)碎石樁樁徑一般為0.701.0m；采用沉管法成樁時(shí)，碎石樁和砂樁的樁徑一般為0.300.70m，對(duì)飽和粘性土地基宜選用較大直徑。4布置形式復(fù)合地基樁位宜采用正方形或梅花形等邊三角形布置，樁的間距一般為1.53.0m，且相鄰樁間距不應(yīng)大于4倍樁徑。復(fù)合地基處理方法的設(shè)計(jì)流程圖如4-5所示。圖4-4 復(fù)合地基構(gòu)造示意圖2、復(fù)合地基成樁試驗(yàn)采取復(fù)合地基處理新老路基結(jié)合部地基前，應(yīng)選取典型拓寬路段進(jìn)展制樁試驗(yàn)和必要的測(cè)試，以便確定主要的技術(shù)參數(shù)。以比擬常用的碎石樁和粉噴樁為例：1碎石樁記錄沖孔、清孔、制樁時(shí)間和深度、沖水量、水壓、壓入碎石量及電流的變化等。以選定科學(xué)合

59、理的施工技術(shù)參數(shù)包括樁長、水壓、密實(shí)電流、留振時(shí)間及填料量等。2粉噴樁試樁不應(yīng)小于5根，滿足設(shè)計(jì)噴粉量的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時(shí)間噴入量等，確定攪拌的均勻性，掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。天然地基條件天然地基承載力單樁承載力樁長L樁體直徑樁體材料復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值復(fù)合地基置換率m布樁方式復(fù)合地基承載力要求值承載力是否滿足要求調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)不協(xié)調(diào)變形是否滿足要求完成調(diào)整單樁模量，m否否是是圖4-5 復(fù)合地基處理方法設(shè)計(jì)過程4.3.1 碎石樁1、材料要求填料：應(yīng)由未風(fēng)化的干凈礫石或軋制碎石組成，粒徑宜為2050mm，含泥量不應(yīng)超過10；水：一般

60、可飲用水。2、施工機(jī)械主要的施工機(jī)具有振沖器，起吊裝置、泵送輸水系統(tǒng)、控制操作臺(tái)等。選擇振沖器應(yīng)考慮樁徑、樁長及加固工程對(duì)老路基的影響。應(yīng)配備適用的供水設(shè)備，出口水壓應(yīng)為400kPa600kPa，流量20m3/h30m3/h。起重機(jī)械起吊能力應(yīng)大于100kN200kN。3、施工工藝及施工要點(diǎn)1施工流程場(chǎng)地平整測(cè)量放線整沖器定位成孔清孔加料整密關(guān)機(jī)停水整沖器移位。2施工工藝定位：起吊振沖器并對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的加固點(diǎn)，檢查水壓、電壓和振沖器的空載電流是否正常；成孔：翻開水源并啟動(dòng)振沖器，使其在壓力水沖擊作用和振動(dòng)作用下貫入地下層至設(shè)計(jì)深度，下降速度控制在12m/min；清孔：成孔后孔泥漿稠度大，為使其順利