高速公路路基沉降性状研究

摘要：目前国内外高速公路拓宽路基工程技术研究措施，基本都是根据现场试验和小比尺室内模型试验来分析得出结论，这对路基拓宽工后产生的差异沉降控制也起到了一定的作用。现场测试分析方法比较单一，不能进行深入综合分析；小比尺模型试验只能简单模拟均匀的沉降特征，无法有效的完成地基由不均匀沉降引起的盆形曲线模拟，即小比尺模型试验有很大的局限性，简化近似较多，不能进行具体系统的试验分析。从而导致目前对拓宽路基差异沉降性状的规律及其主要影响因素认识尚不够深刻，对改扩建工程原型观测数据还很缺乏，不能提供有效的理论支撑，远远不能达到工程实践的要求，使得交通行业设计与施工规范有关路基拓宽技术的设计参数不完善，直接造成很大的经济损失。

关键词：路基，沉降，模型试验

中图分类号： U213 文献标识码： A

1、高速公路路基沉降研究现状

相对于新建公路投资规模而言，对原有高速公路改扩建显得更为经济实用，但是在改扩建过程中出现了新老路基不均匀沉降造成的路基路面开裂等诸多问题。因此改扩建道路时如何减小和避免路基不均匀沉降的问题成为一项重要课题。在黄土路基上修建道路时，关键是要保证其稳定及如何控制变形，还必需限制不均匀沉降。由于多种因素引起路基的过大不均匀沉降，严重影响路面的正常使用。目前高等级公路大量兴建，其中有些公路没有解决好路基变形问题，造成公路纵向沉降不均，路面的平整性受到影响，使车辆无法高速行驶。尤其是桥头和路基填挖交界处影响更加突出。因此，不均匀沉降对道路的性能影响问题的研究就应予以足够的重视。不均匀沉降直接影响路面的力学效应，并决定了路面长期使用性能和路面寿命。多年来公路工程建设实践证明，由地基不均匀沉降引起路基的差异沉降和路面纵向破坏是高等级公路建设中最主要的问题，因此如何控制不均匀沉降对于延长路面的使用寿命、改善路面的使用性能和控制路面的变形以及减少路面的养护维修费用等都具有特别重要的意义。

目前为止，我国有多条高速公路已进行改扩建，已有文献对拼接后的新老路基差异沉降进行了相应的分析，但是对黄土地区拓宽路基的差异沉降性状分析研究较少。尚有许多关键理论和技术问题有待突破，例如对高速公路路基差异沉降原型观测数据缺乏；对拼接部位埋设土工格栅的作用机理还不够明确；对高速公路路基差异沉降的规律及其主要影响因素的认识还不够深刻，理论还远落后于工程实践的需求；目前交通行业设计与施工规范中有关路基差异沉降控制技术的设计参数还不完善，因此开展高速公路拓宽路基大比尺沉降性状研究具有重要的研究意义。

2、试验平台的简介

大比尺路基沉降模拟试验平台主要特点：

(1)规模大，占地面积近900m2，沉降模拟平台的设计承载重量是138000T；

(2)自动化程度高，通过计算机及相应电控系统实现对沉降平台的沉降量、沉降速率及最终沉降曲线形成实施实时控制；

(3)模拟的沉降值大，最大沉降值可达30cm，基本上能满足路基沉降的要求；

(4)适用范围广，利用此沉降试验平台可以对地裂缝、拓宽路基、板式桥台的过渡段等工程进行有效模拟。

3、试验方案及沉降设计

3.1模型是对实体的特征和变化规律的一种定量的抽象，而且是对那些所要研究的特定的特征的定量抽象。模型能在所要研究的主题范围内更普遍、更集中、更深刻地描述实体的特征。通过建立模型而达到的抽象反映了人们对实体认识的深化，是认识论的一个飞跃。模型的作用不在于也不可能完全表达实体的一切特征，而是在于它能表达主要特征，特别是表达我们最需要知道的哪些特征。从这个意义上讲，模型又优于实体，因为模型能更深刻、更集中地反映客观事物的主要特征和规律。

本次大比尺模型试验属于结构破坏性试验，其主要目的是研究路基结构在差异沉降过程中的破坏形态及其发生和发展的过程，找出结构破坏的薄弱部位，以便加以增强和改进，总结和积累相关的实践经验，为以后高速公路拓宽路基的设计方案提供有利的设计参数。

3.2本大比尺尺模型试验主要对老路基和拓宽新竖向土压力、土体沉降量、土体内土工格栅应力应变和路面沉降进行分析，并对模型在沉降过程中变形破坏情况进行观察，找出路基破坏薄弱点。数据采集是最重要的环节，通过数据对测试结果的分析，评价拓宽路基在沉降变形破坏模式及老路基和附近土体的沉降和应力应变变化情况。

3.3试验数据采集

(1)路基埋设传感器数据采集

本试验路基埋设传感器有土压力盒、单点沉降计和柔性位移计，其中土压力盒数据采集用手持记录仪，单点沉降计和柔性位移计采用自动化采集箱进行数据采集，然后用可视化软件进行数据处理，设置数据自动采集时间为每小时读取一次。

(2)路面沉降观测

沥青路面（路基加筋区和未加筋区）选取10个观测点，用水准仪进行沉降观测，加筋区为1~5点，未加筋区为6~10点，待地基每个工况沉降结束稳定后，进行路面沉降观测。

4、结语

针对黄土地区高速公路拓宽路基自重作用引起的差异沉降，采用室内大比尺模型试验，在模型中埋设压力盒、单点沉降计和柔性位移计，研究新老路基差异沉降性状和拼接部位铺设土工格栅的作用机理，得出以下结论：

(1)路基基底新老路基拼接处和新路基坡脚处为最易破坏部位，地基差异沉降量达到9cm时，路基与路面出现轻微的脱空，沉降量达到16cm时，老路基土体由于受拉导致土体纵向发生楔形断裂。路基坡脚土体一直处于反压状态，在实际工程施工中要加强该薄弱部位的处理措施；

(2)相对于地基的差异沉降量(22cm)，路基土体最大差异沉降量为16cm，发生在新加宽路基的形心下方位置；路面的沉降量最小，最大沉降量为1.6cm，发生在新加宽路基的路肩部位；

(3)新老路基拼接处埋设土工格栅对缓解路基土体差异沉降效果不明显，但相对于未加土工格栅路基土体，加筋能使松散土体形成板结复合体；路基底部的土工格栅受力远大于上部受力情况，使路基土体的变形协调趋于一致，实际工程中不能片面的强调加筋材料在新老路基中的作用。

参 考 文 献

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作者简介：吴非 男（1988-）汉族 山西太原人 道路与桥梁专业 专科 山西路桥建设集团有限公司