新老路基结合部处治技术重点

1、新老路基结合部处治技术一一研究报告简本新老路基结合部处治技术摘要：我国已进入道路改扩建的高峰期，路基拓宽、新老路基结合面临诸多技术难题。本 项目通过多种技术手段相结合的方法，对路基拓宽工程的技术特征和工程问题、新老路基不协 调变形的特点、计算方法及对路面结构的影响、拓宽路基的设计理论和方法、新老路基结合部 处治的原理、方法和施工技术进行了深入系统的研究，总结了路基拓宽工程中新老路基结合的 主要方式及其分类方法、常见病害及其成因机理，提出了新老路基不协调变形的计算方法，揭 示了新老路基不协调变形的特征规律、路面结构对路基不协调变形的力学响应及损坏模式。表 明，新老路基不协调变形是路基拓宽工程常见

2、病害的根源，基层顶面开裂是拓宽道路特有的损 坏模式。在此基础上，建立了基于不协调变形控制的路基拓宽设计理论和方法，系统地提出了 不同条件下新老路基结合部的处治技术及其施工控制，并在重庆、陕西、上海等三地的6项依托工程中进行了应用和验证，形成了新老路基结合部处治设计施工技术指南，不仅为公路路基拓宽工程的设计和施工提供了技术基础，而且为相关技术规范的修订提供了科学依据。Abastract: With the growth of transportation, China is undertaking a lot of programs of roadwide ning now. So it is

3、of great significanee to study the problem of road-widening and establish the design system. Based on the investigation of engineering and data at home and abroad, the comb in ati on modes of wide ning and exit ing subgrade are summarized firstly. Through the study on the meeha nism of failure of ro

4、ad- wide ning, which in eludes slidi ng of emba nkme nt, failure of reta ining structure and paveme nt, decreme nt of paveme nt con diti on, the collusi on is draw n that un coord in ated deformati on is the main reas on of the failure. On the basis of in door and field tests, through studies on com

5、putati on model of un coord in ated deformati on and paveme nt con structi onfesp onse toun coord in ated deformati on, this paper verifies that the un coord in ated deformati on appear the feature of ” and the distress mechanism of pavement includes tension failure of top of base, tension failure o

6、f bottom of base and shear failure of in terface. At the same time, the effects of coun termeasures to dimini shi ng un coord in ated deformati on are an alyzed. At last, the desig n method of road-wide ning and tech ni cal criteria are adva need, which have bee n put to the test in engin eeri ng.1新

7、老路基结合部处治技术一一研究报告简本1刖言近二十年来，我国的公路建设发展迅猛，至2002年底，全国公路总里程突破 176.5km。但总体而言，我国公路技术等级偏低，其中高速公路只占公路总里程的1.4%;而且20世纪90年代早期建成的部分高等级公路已不能满足高速增长的运输需求，先后或即将进入拓宽改建阶段。因此，为实现交通新的跨越式发展，我国将面临越来越多的公路改扩建工程。公路改扩建工程大多涉及到线形调整和路基拓宽问题，由于路基拓宽引起的路基路面变形、开裂甚至滑移在实际工程中颇为常见。而我国在路基拓宽工程方面缺乏可资借鉴的成熟经验， 更缺乏相应的设计方法、计算理论和规范指南。因而对路基拓宽的损坏模

8、式和设计指标进行研 究具有非常重要的实际意义。国外通过合理的规划尽量避免拓宽所带来的新老路基结合问题，当确实需要进行拓宽时， 采取了各种措施减小新老路基结合的不良影响。主要措施包括：避免新老路面的结构差异、在 新老路基间设置沉降隔离桩、处治地基、结合部加筋和结合部边坡处理、轻质路堤等。但对新 老路基结合的病害及形成机理缺乏系统、深入的阐述，也没有建立相关的设计理论。八、九十年代以前我国公路建设多以新建为主，在原有道路上进行拓宽、改建的工程十分 罕见，关于路基拓宽和新老路基结合部处治等问题并不突出，所以现行规范对此类问题涉及甚 少。九十年代中后期，我国开始面临大量的道路拓宽工程，设计和施工人员在

9、工程建设中作了 不少尝试性研究，但总体来说，国内仍处于仅对相关工程个案的处治措施进行施工经验介绍和 总结的水平，虽有一定的工程实践，但尚缺乏验证和相应的技术支持；没有对有关病害和各种 处治措施进行系统的分析，对“旧路拓宽”的特殊性认识不足，对相应的设计计算理论缺乏深 入的研究；而且，一些尝试性的计算分析在模型的建立和应用范围方面存在很大缺陷。所以， 迫切需要根据我国国情，对路基拓宽的病害机理进行全面系统的理论分析，并对相关处治措施 进行评价和总结。本项目的研究目标是针对西部地区公路路基拓宽的工程特点和技术问题，对不同条件下新 老路基拼接和结合部处治的设计方法、工程措施和施工技术进行研究，为公路

10、改扩建工程提供 技术基础；对有关设计方法、工程措施和施工技术的应用效果进行分析和总结，为相关技术规 范的修订提供科学依据。针对上述研究目标，结合西部地区公路工程的实际情况，本项目主要通过既有工程（及资 料）调研与依托工程调研相结合、室内试验与现场试验相结合、理论分析与数值分析相结合、 工程试验与工程应用及跟踪观测相结合等技术手段，对新老路基结合部处治技术进行研究。2路基拓宽工程的主要方式及工程技术问题（1）系统地提出了路基拓宽的分类方法，按照如表1所示五大分类因素，将路基拓宽方式分为17大类、36小类，并分析了各种拓宽方式存在的工程技术问题。表1新老路基结合方式的分类因素地基地形条件拓宽范围新

11、老路基填挖方式新老边坡类型共同作用层厚度平原软弱地基单侧高填方自然放坡P厚山区软弱地基双侧中等填方支挡结构中山区缓坡、良好地基低填方栈桥薄山区陡坡、良好地基深挖方无浅挖方（2）通过大量现场调研，总结归纳了路基拓宽工程、新老路基结合的四种常见病害，即路 基失稳、支挡结构损坏、路面损坏和路面整体性能下降。其中，路面损坏是新老路基结合最常 见的病害，路基失稳和支挡结构损坏是稳定性不足在拓宽工程中的表现，而路面整体性能下降 是伴随着以上各种病害的发展而产生的。（3）从新路基稳定性不足和新老路基不协调变形两个方面系统分析了新老路基结合的病害机理。新路基稳定性不足包括拓宽部位地基过陡和拓宽部位地基软弱（含

12、软弱下卧层）；新老路基不协调变形包括新老路基差异沉降、新老路基、路面抗变形能力差异、新老路基结合不良、 排水系统不完善、设施养护不及时等4个方面。基于上述分析，明确了除新路基稳定性不足的情况以外，“新老路基不协调变形”是路基拓宽工程病害的根本原因。3新老路基不协调变形的特点和计算方法（1） 系统总结了新老路基不协调变形的组成，并分析各组成部分占主导地位时所导致的路 基、路面损坏部位：路基自身压缩变形占主导时，拓宽路面可能产生损坏；地基固结变形差异占主导时，老路路面可能产生损坏；结合部蠕滑、滑移占主导时，结合部附近路面可能产生损 坏。（2） 采用DP模型模拟岩土体的非线性本构、结合三维BIOT固

13、结理论考虑不协调变形的 时间变化规律、应用单元生死技术获得地基的初始应力并全过程模拟施工工序，建立了新老路基不协调变形的平面有限元计算分析模型。（3）应用所建立的有限元模型，系统分析了路基拓宽宽度、拓宽方式、地质条件和地形条 件等因素对新老路基不协调变形的影响，进一步结合现场调查和室内模拟试验，揭示了新老路 基不协调变形的总体特征： 填方拓宽工程中，老路基在新路基荷载作用下，远离拓宽路基的部分沉降较小，靠近拓 宽路基的部分沉降较大，且路基顶面不协调变形的变坡率也呈相同趋势。 新老路基不协调变形随着拓宽宽度的增大而增大，当拓宽宽度超出老路基坡脚范围时， 不协调变形在达到最大值后逐渐减小，从而呈现

14、出一定的盆形反坡。 老路堤的不协调变形呈上凸状，新路堤的不协调变形呈下凹状，路基顶面的不协调变形总体呈“”形。 新老路基结合部附近有可能出现变坡率的突变。 较单侧拓宽而言，采用双侧拓宽能够将拓宽路堤的自重荷载分配到老路堤两侧，极大地减小新老路基不协调变形量。（4）通过室内模拟试验和现场测试验证了理论（数值）分析得到的新老路基不协调变形的 总体特征。4路面结构对不协调变形的力学响应（1）以层状体系为基础，以路基不协调变形作为路面结构层底的约束条件，建立了路面结 构对路基不协调变形力学响应的有限元分析模型。（2）系统分析了路面结构对新老路基不协调变形的力学响应，进而总结了新老路基不协调变形在路面结

15、构中产生的结构附加应力：新（老）路基层（面层）底面拉应力、老路基层（面 层）顶面拉应力以及新老路基结合部的应力集中等二种方式，并以基层弯拉强度为验算指标， 分析了典型路面结构对不协调变形的承受能力。（3）通过室内人为控制造成新老路基间的工后差异沉降来模拟路基拓宽所造成的新老路基 不协调变形，研究了新老路基差异沉降对路面结构性能的影响规律，验证了理论（数值）分析 的合理性。5基于变形控制的路基拓宽设计方法与参数（1）基于新老路基不协调变形和路面结构的力学响应分析，提出了路基拓宽的4种损坏模式和相应的设计状态，如表 2。表2路基拓宽的损坏模式及相应的设计状态损坏模式设计状态新老路基结合部剪切开裂结

16、合面上的剪应力 结合面抗剪强度新老路面结合部基层顶面结构附加应力 结合部路面基层弯拉强度弯拉开裂基层底面结构底面附加应力+结构底面荷载应力基层弯拉强度老路基层顶面弯拉开裂老路基层顶面结构附加应力老路基层弯拉强度新（老）路基层底面弯拉开裂结构底面附加应力+结构底面荷载应力基层弯拉强度（2）以新老路基顶面不协调变形（变坡率）为设计指标，以基层顶面或底面弯拉应力为验 算指标，系统提出了“基于不协调变形控制的路基拓宽设计理论和方法”，并给出了典型半刚性基层沥青路面的设计标准，如表 3所列。（3）拓宽路基稳定性分析方法与现行相关规范和手册基本相同，但根据新老路基结合的特点，提出了拓宽路基的陡坡稳定性分析

17、方法。（4）应用正交分析的方法分析了路面结构参数对路面结构力学响应的影响表3典型半刚性基层沥青路面路基拓宽的变坡率设计标准老路路面结构利用情况新老路面结合状态路基顶面变坡率设计标准（%老路基新路基不利用0.40.4利用分离1.50.5结合1.50.5-0.18 W新、老路基变坡率差值W0.436新老路基结合部处治技术原理、方法及施工控制（1） 在明确路基拓宽病害机理和新老路基不协调变形控制途径的基础上，提出了以变形 协调与控制”为核心、设计理论和施工技术相统一、因地制宜、综合处治的基本技术思想。按照处治部位和处治机理将新老路基结合部处治技术分为内部处治、外部处治和综合处治等三大类，并提出了不同

18、拓宽条件下各类处治技术的选择原则和技术要求。（2）基于新老路基不协调变形控制，提出了 一系列新老路基结合部处治实用技术，明确了 各种措施的技术原理、应用方法、施工工艺及质量控制方法： 总结了新老路基结合部界面处治的技术原理和处治内容，并给出了台阶开挖的建议值， 如表4所示。表4台阶高宽比和设置原则原（老路基）边坡1 :11: 1.251 : 1.5开挖台阶坡度1 : 1 1:1.251: 1.25 1 : 1.51 : 1.5 1 : 1.75 分析了路基压实度对新老路基不协调变形的影响，并结合路面结构对新老路基模量比的力学响应，给出了拓宽路基压实度控制标准，如表5所示。表5拓宽路基填料及压实

19、度控制标准指标控制标准新老路基模量比E0 new/E0old1.22.0新路基压实度填土路基 95%土石混填或填石路基 93% 通过加筋土路用性能的室内试验和数值模拟分析了结合部加筋的处治机理。试验及分析结果表明，结合部加筋可以显著提高新老路基的整体稳定性，减小路基拓宽所产生的不协调变 形，提高路基土的承载能力和反复荷载作用下的抗变形能力。不同填料的加筋效果有别，实际 工程中应根据加筋材料与土体之间的综合摩阻效应和张力膜效应合理选择填料。就加筋复合土 体的反应模量而言，土工网和土工格栅铺设的合理间距约为30cm60cm；就减小软土地基的不 协调变形而言，在满足稳定性要求的前提下，不应片面追求加

20、筋层数的增加。 EPS超轻质、自立性好，二灰轻质、板体性好，两种填料可以有效减小新老路基的不协 调变形，在软土地区地路基拓宽工程中具有良好的应用前景。 复合地基主要通过竖向增强体来提高拓宽路基的地基承载力和压缩模量，施工过程中对老路基地基的影响较小，能提高拓宽路基的稳定性并显著减小新老路基不协调变形。 设置支挡结构能够有效限制侧向位移，而且减小拓宽路基的自重， 从而减小路基自身压缩变形和新老路基界面蠕滑变形。支挡结构可以收缩边坡以节约公路用地和土石方用量。 当控制路基不协调变形的代价较高时，可以采用在基层底面铺设加筋材料，增强基层抵抗不协调变形的能力，并起到分散应力、延缓开裂变形的作用，从而提

21、高路面结构对不协调变形的适应能力。7试验路实施与评价(1) 通过对重庆、陕西、上海等地进行实地调研，确定重庆319国道新桥山洞段、重庆 大荣路、陕西安平二级公路、陕西铜川市西环线、陕西铜川市锦阳路、沪杭高速公路大港立交等6个具有代表性的路基拓宽工程作为依托工程，各试验路按照拓宽条件的不同分别划为若干 个试验路段。(2) 根据各依托工程的拓宽条件，采取的处治措施包括开挖台阶和结合面处治、填料与压实度控制、土工格栅加筋、EPS轻质路堤、复合地基、设置挡墙、排水措施等。(3) 对于各试验工程，主要通过沉降板、沉降管、沉降钉、位移桩、显示滑动式沉降仪等分别进行沉降、水平位移和分层压缩变形的观测；埋设土压力盒进行土压力观测；运用PFDW进行路面承载能力测试；采用瞬态瑞雷面波勘探仪、地质雷达进行路基压实度检测；通过目测 调查评价拓宽路基路面的路用状况。(4) 通过对试验路实施效果的跟踪观测和评价，证实了项目各项成果的合理性和可靠性。8结论、创新和建议(1)主要成果： 路基拓宽方式及分类。 路基拓宽工程病害及成因机理。 新老路基不协调变形的组成和影响。 新老路基不协调不协调变形的有限元计算方法。 新老路基不协调变形的总体特征。 路面