改扩建公路路基控制差异沉降处治技术综述
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摘 要：文章主要介绍三种控制拓宽路基差异沉降的处治措施，即分层填筑优质填料、地基处治以及加铺土工合成材料。分别分析三种处治技术的控制效果并分别分析出每个处治措施中最佳的处治方案。
关键词：改扩建公路;路基;差异沉降
中图分类号：U418.8 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）17-0158-02
Abstract： This paper mainly introduces three kinds of treatment measures to control the differential settlement of widened roadbed， that is， layered filling of high quality filler， foundation treatment and adding geosynthetics. The control effects of the three treatment techniques are analyzed respectively and the best treatment scheme in each treatment measure is analyzed respectively.
Keywords： reconstruction and expansion of highway; roadbed; differential settlement
引言
改擴建工程中出现较多病害的主要原因为新旧路基差异沉降过大，通过分析新老路基填料的差异性影响可知，当采用优质填料时可大大降低新旧路基差异沉降的影响，但在道路施工过程中路基填筑采用的填料往往就地取材，质量参差不齐，导致拓宽路堤稳定性差加剧了路基的沉降。如果全部换成优质材料，虽然能极大降低差异沉降的影响但造价过高不经济，因此建议通过两种途径进行处理：第一，对就地取材的路基填料进行处理，使填料性能得到改善;第二，优质填料与劣质填料结合填筑。本文主要介绍第二种改善措施，第二种改善措施分两种情况，第一，优质填料与劣质填料分层填筑;第二，将优质填料与劣质填料混合填筑，改善整体性能。此外，控制差异沉降的技术措施还有许多，本文重点介绍地基处理技术和土工合成材料处理技术。
1 填筑材料选取
当优质填料从上至下填筑时对应的大差异沉降量明显低于优质填料从下至上填筑，同时，当采用由上至下的填筑方式时，优质填料填筑一层时，大拓宽路基表面大差异沉降减少速率大，之后随着填筑层数的增加大差异沉降减少速度变小并趋于稳定，而当优质填料采用由下至上的填筑方式时，填筑一层与填筑五层时拓宽路基表面大差异沉降减小幅度明显小于填筑二层、三层和四层时的减小幅度。通过上述分析，建议在拓宽工程中，当填料的选择受到限制时，可选择优质填料与劣质填料分层填筑的方式减少差异沉降的影响，并且采用由上至下的填筑方式进行填筑即优质填料填筑在劣质填料上方，同时当地质条件较好时，可填筑一层优质填料即可大幅度减小差异沉降量;当地质条件较差时，可根据具体情况确定优质材料填筑的层数。
2 地基处理技术
新路堤的加载导致地基发生沉降尤其在软土地基路段，工后沉降较大，而旧地基已沉降稳定，附加沉降量较小， 终致使地表产生差异沉降，当新旧地基差异沉降量过大时将反映到路面导致路面开裂，影响行车安全。因此有必要对地基采取加固措施以减少差异变形的影响。随着地基弹性模量增加，整个拓宽路基及地基的沉降量在大幅度减少，而且在地基范围内沉降减少深度随着模量增加而不断扩大。新路堤坡脚外侧隆起量随着地基模量增加而减少，而且地基内的隆起范围逐渐缩小。地基弹性模量对拓宽路基差异沉降的影响效果十分显著，当地基的弹性模量从2.5MPa增加至8MPa的过程中，新老路堤表面大差异沉降量减少幅度较大，减少了61.37%，当地基的弹性模量由8MPa增加至20MPa过程中，拓宽路堤表面大差异沉降量减少程度变缓，减少幅度约为20%。由此可见当地基弹性模量较低时，提高地基的弹性模量能有效地减少拓宽路基表面差异沉降，但增加到一定界限时，再增大弹性模量的成效不佳，也从侧面反映出对软基处理的重要性。
3 土工合成材料处治技术
土工合成材料有许多种类，公路中的加筋材料常选用土工格栅，在改扩建公路中土工格栅常常用于新旧路基衔接处，土工格栅作用机理如下：
（1）路基填料为一般土体，有一定的抗压强度和抗剪强度但抗拉强度较弱，路堤边坡容易失稳。而土工格栅具有较强的抗拉能力，两者结合形成复合体可以增强土体的稳定性和抗拉能力。同时土工格栅与土体产生摩擦作用，将土体牢牢锁住，限制土体产生侧向位移，使新旧路基牢牢结合在一起，形成稳定整体，并且土工格栅能有效地分散路基承受的应力作用，减少沉降变形。
（2）土工格栅的弹性模量远远大于土体。路基的承载力开始主要依靠填土本身的抗剪强度，当增加土工格栅后，路堤强度还包括了填土与土工格栅之间的摩阻作用以及土工格栅的抗拉作用，极大地增加了土体的承载能力。图1为土工格栅在新老路堤搭接部位布置图，为了分析不同加筋层数铺设在不同位置时的效果差异，土工格栅布设位置为：第一层布设在新路基底部，依次向上1m分别布设第二层、第三层、第四层、第五层。
布设一层土工格栅与未加筋相比，拓宽路基沉降变形及水平位移都有较小的变化，分析产生此现象的原因可能是软基厚度较厚，本文软基厚度达到11.5m，参考国内外学者研究成果得知，当软基厚度较小时，加筋可以明显减少拓宽路基及地基的沉降变形以及水平位移量且影响范围较大;当软基厚度较大时，加筋不仅对拓宽路基及地基的沉降变形以及水平位移量减少幅度较小且影响深度也变小。但当新老路堤结合部位必须布设一层土工格栅时，布设在新路堤底部第一层时，效果好。同时由于铺设土工格栅对水平位移及沉降影响较小，因此为简化工作，后续分析指出拓宽路基顶面沉降曲线图。 当布设一层土工格栅时，布设在第一层时效果佳，因此分析两层土工格栅布设的最佳位置时，将其中一层土工格栅布设的位置设置在第一层上，另一层布设位置依次变化。当布设两层土工格栅时，布设在四个不同位置引起的变化十分微小，几乎不变。当土工格栅布设在第一层和第二层时，拓宽路基表面竖向变形峰值为10.538cm，小沉降值为3.269cm，大差异沉降量为7.269cm，同理依次得出土工格栅布设在第一层和第三层、第一层和第四层时及第一层和第五层时大差异沉降值分别为：7.269cm、7.269cm、7.268cm，未加筋时拓宽路基顶面大差异沉降量为7.275cm。同样地铺设两层土工格栅对拓宽路堤顶面差异沉降影响也十分微小，但当结合部位必须布设两层土工格栅时，布设在新路基第一层和第五层时，效果好。鋪设两层土工格栅最佳位置为第一层+第五层，将其作为铺设三层土工格栅时其中的两个位置，第三个位置发生变化，土工格栅位置分别布设在第一层+第五层+第二层、第一层+第五层+第三层、第一层+第五层+第四层时，对应的新老路堤表面大差异沉降值分别为：7.269cm、7.269cm、7.268cm，未加筋时拓宽路堤表面大差异沉降值为7.275cm。同样地铺设三层土工格栅对拓宽路基表面差异沉降影响也十分微小，但当结合部位必须布设三层土工格栅时，布设在新路基底部第一层、第五层及第四层时，效果好。同样地铺设四层土工格栅对拓宽路堤顶面差异沉降变形影响也十分微小，但当结合部位必须布设四层土工格栅时，只要其中三个位置为第一层、第五层和第四层，第四个位置布设在第二层和第三层时效果相同。结合部位无论是单层加筋还是多层加筋，土工格栅对拓宽路基表面沉降影响都较小，但是王景等人借助Geo-slope软件分析出土工格栅能够有效地提高拓宽路基的整体稳定性并且同时可以提高新路基的安全系数，建议采用多层加筋措施，因此建议对于矮路堤，可以设置一层土工格栅，布设在路基底部，对于高路堤建议每层台阶均布设土工格栅。对于其他情况再依据具体情况进行层数及位置的选择。
4 结束语
本文主要介绍三种控制拓宽路基差异沉降的处治措施，即分层填筑优质填料、地基处治以及加铺土工合成材料。分别分析三种处治技术的控制效果并分别分析出每个处治措施中最佳的处治方案，在新旧路基结合部位添加土工格栅控制拓宽路基差异沉降的影响，有限元分析得出无论是单层加筋还是多层加筋，其对拓宽路基表面沉降影响都较小，但当结合部位必须布设一层土工格栅时布设在新路基底部第一层时，效果好;当布设两层土工格栅时布设在新路基第一层和第五层时，效果好;当布设三层土工格栅时布设在新路基第一层、第五层及第四层时，效果好;当布设四层土工格栅时，只要其中三个位置为第一层、第五层和第四层，第四个位置布设在第二层和第三层时效果相同。
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