公路改扩建关键技术研究——软土路段沉降观测及处治技术研究论文.doc

郑州交通学院交通工程系毕业设计论文 郑州交通职业学院毕 业 论 文论文题目：公路改扩建关键技术研究软土路段沉降观测及处治技术研究所属系别：交通工程系专业班级：道路桥梁工程姓 名：张玉滨学 号：200708050410413指导教师：张新新撰写日期 2010 年 4 月摘要：随着国民经济的快速发展，我国高速公路的建设十分迅猛。2007年12月18日交通部副部长翁孟勇在国新办举行的新闻发布会上宣布，经过近15年，特别是“十五”和“十一五”的建设，总规模约3.5万公里的“五纵七横”国道主干线于07年年底基本贯通，实现了本届政府任期内的目标。高速公路通车里程07年年底达5.3万公里，居世界第二。我国高速公路建设起步于1988年的沪嘉高速公路。现在有相当一部分已不能适应交通量增长和社会发展的要求，迫切需要扩大道路通行能力。从长远和经济的角度讲，高速公路的扩建加宽工程，将是本世纪初我国公路建设亟待解决的问题。关键词：高速公路，建设，社会发展，技术，里程AbstractWith the rapid development of the national economy, Chinas very rapid construction of the highway. December 18, 2007 Weng Yong, vice minister of Ministry of Communications in the Information Office held a press conference announced that after nearly 15 years, especially 15 and Eleventh Five-Year building, with a total size of about 35,000 kilometers of five vertical cross-seven national backbone in the basic run through the end of 2007 to achieve the current government term goals. The traffic mileage of highway at the end of 2007 reached 53,000 kilometers, ranking second in the world. Chinas highway construction started in 1988, Highway Hujia.Now can not meet a considerable portion of traffic growth and social development, there is an urgent need to expand road capacity. And the economy from a long-term perspective, the expansion of the highway widening project, will be the beginning of this century Chinas highway construction issues requiring urgent solution.Key words：Highway, construction, social development, technology, mileage目 录1 前 言2 高速公路加宽发展现状2.1、国外发展现状32.2、国内发展现状43 主要研究内容3.1、高等级公路加宽病害特征63.2、高等级公路加宽软土地基段差异沉降63.3、高等级公路加宽软土地基处理方法63.4、软基加宽主要病害调查及机理分析73.5、软基病害机理分析及处理方法113.6、本章小结144 软土地基差异沉降及控制标准4.1、软土地基沉降观测及机理分析154.2、加宽工程软土段沉降控制标准214.3、本章小结245 高速公路改扩建软土地基沉降处理方法5.1软土地基处理方法255.2、广佛高速工程实例315.3、软土地基处理方法比较选择345.4、本章小结356 结论与展望367 参考文献371 前言在我国尤其是东部沿海已经建成使用的高速公路中，有相当一部分是修筑在软土地基上，由于软土地基具有复杂的技术特性，高速公路相应的加宽工程也将更加复杂。以沪宁高速公路为例1，沿线软土成因复杂，总长度达92km，超过了全线里程的1/3，而且软土厚度变化大，个别地段厚度超过30m。纵观现有的软土地基上高速公路加宽工程，一般遇到的关键技术问题有新老公路的融合贯通、新老桥台的拼接组合、新老路堤的差异沉降、新老路面的拼接等问题。虽然我国已完成的软基上高速公路加宽工程积累了一些经验，但还没有成熟的技术能够较好地解决这一问题，很多加宽工程的处治效果不佳，通车后不久就出现了路面纵向开裂等严重病害。同时由于相关的成果大都建立在试验路基础之上，缺乏相应的理论支撑，因此深入研究加宽工程中新老路堤变形特性、新老路基结合部处治及新老路面衔接等关键技术问题和差异沉降控制标准，对提高加宽高速公路的使用性能具有重要的理论意义和使用价值。2、高速公路加宽发展现状2.1、国外发展现状国外对于高速公路拓宽工程的理论研究，特别是软土地基上高速公路拓宽工程起步较早。1999年美国普渡大学的RichardJ.Deschamps2等人对加宽路基进行了研究，提出了加宽路基的设计指南和施工步骤，并对相应的规范进行了修订。主要内容如下：1)道路的加宽包括以下两种类型：a保持边坡坡度不变的加宽；b保持坡脚位置不变，使边坡变陡的加宽；2)报告对印第安那州(Indiana)五条加宽的道路进行了调查，其中三条加宽成功，两条失败。加宽失败路段的调查包括现场测试和室内试验，包括标准贯入度试验(SPT)和锥贯入试验(CPT)、钻孔试验、现场密度试验、液塑限试验、压实度检测和强度试验。调查表明加宽失败路段的主要失败原因是：不合标准的压实度；不合适的台阶开挖；道路表面水流的渗透也会饱和软化路基土，导致加宽失败。3)加宽时要考虑的问题：a台阶的开挖；b压实度的控制；c新填土的渗透性应与老路基土尽量保持一致；d完善的路表排水系统的设计和对地下水的适当的考虑。美国盐湖城某一公路改扩建工程，有27km的道路位于强度较低、固结时间长的软弱地基上，但路基容许施工期限很短(12-18个月)，为保证路堤施工的稳定性并减小工后不协调变形，采取了多项工程措施。其中包括：设置塑料排水板、置换地基、路堤分期施工、轻质路堤、加筋挡墙和设置桩基础等。澳大利亚交通部门出于对环保的考虑曾在南澳洲一条高速公路拓宽改建时，对拓宽部分软弱地基表层土体，采用专门机械翻松表层土，再掺加一定比例的生石灰、粉煤灰和液体固化剂进行混合搅拌来进行处治。处治后通过落锤式弯沉仪检测路基路面整体抗变形能力满足设计要求。通车2年后道路状况良好，未发现相关病害产生。日本对软土地基上路基不均匀沉降控制方面进行了多方面的研究，其中包括针对半幅拓宽路堤提出了一系列工程措施。公路拓宽时将原有双向车道保留，作为拓宽后新路的一个方向的行车道，而在不远处(相距1-3米)增设一新路堤作为新路的另一个方向的行车道。此时原有修筑的路堤已经完成固结沉降而处于稳定，而由于拓宽路堤的影响，老路堤也倾向于新路堤一侧沉降，导致老路堤表面平整度下降，路面开裂。推荐采取的措施一般有：通过在原有路堤外侧路肩处竖向打入一定深度的扳桩，使新拓宽路堤的沉降隔离在板桩处，以起到消除由于新路堤的沉降给老路堤带来的连带沉降影响；或通过在新路堤地基部分设置挤实砂桩、石灰桩等复合地基来减小新路堤的沉降量，最终达到减小老路堤的影响；以及通过在新填路堤地基处打入预制桩来减小新路堤的沉降。2.2、国内发展现状自1997年8月我国首条高速公路加宽工程广佛高速公路加宽工程动工以来，先后有海南环岛东线、沪杭甫、哈大、沈大、沪宁、南京绕城等高速公路相继局部或全线扩建加宽。表1我国主要高速公路改扩建工程概况广佛高速公路沪杭甫高速公路沈大高速公路海南环岛东线原设计方案双向四车道双向四车道双向四车道非标准四车道扩建方案部分双向八车道部分双向六车道分段拓宽成双向六车道双向八车道扩建左幅双向四车道加宽方式两侧加宽两侧加宽两侧加宽单侧加宽软土条件全线分为山间河谷型淤泥、河流阶地冲击的砂土、三角洲、池塘沉积地砂土厚软土层，灰色流动状淤泥质粘土局部夹粉砂层淤泥和淤泥粘性土以及近海沉积的松软淤泥和薄层粉细砂全线软土分为淤泥、淤泥质黏土两种原软基处理方法袋装砂井加砂垫层塑料排水板+堆载预压、粉煤灰路堤塑料排水板、预压固结未处理或抛填石片简单处理加宽软基处理方法粉喷桩或旋喷桩加砂垫层预压、塑料排水板+等载预压、粉喷桩、路堤桩+土工栅格塑料排水板、预压固结原为塑料排水板后改为粉喷桩各个工程概况 (1)广佛高速公路加宽工程广佛高速公路加宽工程从起点至雅瑶立交段，全长6.864 km，按高速公路八车道标准加宽扩建，两侧各加宽两条车道，全宽达41m；雅瑶立交至终点谢边段，全长6.971 km，按高速公路六车道标准加宽扩建，两侧各加宽一条车道，全宽达33.5m。加宽工程从1997年10月开工，到1999年12月完工，成为全国首条高速公路加宽扩建工程。(2)沪杭甫高速公路加宽工程3沪杭雨高速公路浙江段全长248 km，分三期实施八车道加宽建设，总投资55亿元。一期红垦至沽沫段，加宽为设港池或停车带的双向八车道，已于2000年10月开工建设。二期红垦至枫径段，全长120 km，加宽为标准双向八车道，2003年底开工，2005年完成。三期沽沫至宁波段，2004年开工，2007年完成。(3)沈大高速公路加宽工程42002年5月28日，沈阳至大连高速公路加宽改造工程全线开工。沈大高速公路原为4车道，路基宽度26m，加宽改造后将为8车道，设计时速120 km，基本沿两侧加宽，局部单侧加宽，路基宽度42m。加宽改造工程全长348 km，投资额近79亿元，2004年9月建成通车。(4)海南环岛东线高速公路加宽工程海南环岛东线高速公路加宽工程分两期进行，一期工程(海口一琼海段)86.15 km于1996年11月正式动工，1998年3月建成通车。二期工程(琼海一三亚段)分两阶段进行，1998年6月，二期工程(琼海-陵水段)108 km正式动工，2000年1月建成通车；2000年中旬，二期工程(陵水一三亚段)57 km正式动工，全部工程于2001年9月建成通车。前文对国内外高速公路加宽工程概况进行了概括总结，下面再对前文总结的加宽工程涉及到的技术问题及对策进行分析。软土地基上高速公路加宽工程是一个系统工程，涉及到的问题很多，由于篇幅所限和根据本文研究的重点，下面仅对软土段加宽工程主要病害及机理、软土地基路段差异沉降的机理、沉降控制标准及加宽方法等技术对策进行分析。3 本文主要研究内容3.1、高等级公路加宽病害特征高等级公路路基加宽工程中，原有路基经过多年运营，地基及路基沉降已基本完成。对其进行扩建加宽时，由于新旧路基在沉降、永久变形累积、稳定性和路基承载力等方面的差异，在新旧路基之间产生相对过大的差异沉降，进而会引起既有路基变形，新路基失稳，严重时则出现路基拉裂，下沉过速等病害，这将会对高速公路的正常营运带来难以估量的不良后果。3.2、高等级公路加宽软土地基路段差异沉降公路路基沉降主要由两部分组成，即地基在路基自重作用下的固结压缩变形以及路基本身的固结压缩变形。由于路基是分层施工的，根据应力扩散原理，路基土承受压路机的轮压作用最明显，可以认为已经得到很大程度的压实，而地基的压实效果不明显。路基的工后沉降量主要是由地基土的沉降固结引起，但也不能排除路基本身的次固结变形，即土体骨架发生粘滞蠕变所致。路基拓宽后的不均匀沉降，主要是由于拓宽工程的工程特点决定的。一般认为，在新路基的路肩边缘处沉降量最大，而旧路基中心线处沉降量最小。由于新旧路基的相互作用与影响，拓宽路基顶面沉降曲线是一条非线性变化的曲线，且最大沉降位置与路基高度，拓宽宽度等边界条件有关。3.3、高等级公路加宽软土地基处理方法要保证软基路段的加宽工程质量，减小新老路基的差异沉降，其下软土地基处治是最为关键的措施。围绕减小新老路基差异沉降这个中心，我们可以从两个方面着手考虑：一、是提高地基承载力，从加固软土地基入手，提高软土地基刚度，来减小差异沉降的发生。其核心是要找到经济上和技术上都可行的地基处治方法。二、是减小路堤荷载，研发新型填筑材料，使其既能满足公路行车安全又具有轻质的特点，减小对软土地基的附加应力，从而达到减小差异沉降的目的，这些都涉及到软基处治优化选择的问题。3.4、软基加宽主要病害调查及机理分析软土地基上高速公路拓宽工程的病害表现形式多种多样的。通过对宁溧公路、南京绕城公路等几条拓宽道路纵向裂缝比较严重的典型路段的调查研究，陈玉良5 等提出拓宽路基的病害具有如下特点：（1)裂缝均集中在高路堤拓宽路段（2)出现裂缝的拓宽部位地质情况较差，一般均存在软土层、水塘、低洼地（3)裂缝所在位置均发生在老路上（4)根据施工记录及工后记录，路基工程一般工期均在三个月左右，裂缝产生时间一般在工后3个月，裂缝稳定时间不一。按照路基拓宽的损坏机理钱劲松等6提出降拓宽路基的损坏归结为二类：拓宽路基稳定性不足导致的损坏以及新老路基不协调变形引起的损坏。前者是拓宽路基自身稳定性不能充分满足稳定性要求导致的，后者则是新老地基和路基的不均匀变形引发的。数值分析表明，路面结构性破坏的模式有四种：结合部的剪切开裂(沿结合面滑移)、结合部的弯拉开裂(基层顶部或底部)、老路基顶面开裂以及新路或老路的基层底面开裂。要从根本上解决或减少拓宽路基的病害，必须了解产生拓宽路基病害的原因和损坏机理。(一)、高速拓宽拼接方式考虑到投资、占地以及路网分布等方面的因素，目前我国高速公路的扩建大多采用老路加宽的方案。老路加宽方案就是在已有高速公路的两侧或一侧加宽几条车道的建设方案。此外还可以考虑采用高架（如中央高架或两侧高架）和中间分隔带预留等方案。另外，随着高速公路网络化的发展，高速公路的相交日益增多，新老高速公路的拼接段与高速公路改扩建加宽存在类似的问题。各种高速公路拓宽与拼接形式如图2-1图2-4所示。图2-1高速公路单侧拓宽方式图2-2高速公路两侧拓宽方式图2-3高速公路中间预留方式图2-4高速公路的拼接方式(二)、软基加宽主要病害1、经过调查研究分析高等级公路加宽后主要存在一下病害7：（1）新加宽路基失稳 新加宽路基失稳主要表现为加宽路基沿新老路基结合面发生滑移，严重时发生整体坍塌。（2）路面破坏 高等级公路改扩建沥青路面损坏主要表现为出现面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等症状，严重时会产生沿结合面走向的纵向裂缝。路面破坏是高等级公路改扩建工程中最常见的病害形式。路基的变形不协调会通过路面结构层反映出来，所以大多数路面病害都是路基病害的反映。（3）路面整体性能下降 随着路面病害的产生和道路纵横坡的变化，道路结构性能和服务性能也随之下降。2.而造成这些病害的主要原因有以下两个方面：（1）稳定性不足 稳定性不足是指加宽路基自身稳定性不能满足稳定要求，或者新老路基结合部结合强度不足。（2）变形不协调 新老路基变形不协调以不均匀沉降为主，是地基和路堤的固结沉降与压缩变形的空间差异在路基顶面的反映。2、新加宽路基失稳公路路基作为路面的基础，与路面共同承受交通荷载的作用，它的强度、稳定性和耐久性直接影响到路面的使用性能，所以，路基的稳定性好坏直接影响到公路使用性能的好坏。新加宽路基失稳主要表现为加宽路基沿新老路基结合面发生滑移，严重时发生整体坍塌。当加宽路基沿结合面滑移量较小时，新老路基结合面会产生错台，导致新老路基结合部位的路面开裂，雨水由裂缝渗入，结合面强度急剧降低，给路基稳定性留下更大的隐患；当路基滑移量较大、甚至整体坍塌时，会造成加宽路面整体破坏，甚至使既有路基相继出现失稳，致使既有路面也发生结构损坏和使用功能的下降。下面仅就平原区的软土地基进行简单的介绍8：平原区软土大多分布在滨海、湖沼、河滩沉积等地区，其天然含水量高、压缩性大、抗剪强度低，因此修建在软土地基上的高速公路路基容易发生沉陷、坍塌、滑移、开裂等病害，导致路基失稳。一般对于软土区高路堤、新建路基的稳定问题都给予足够的重视，而对于低矮路堤、水塘地段路基以及新老路基拼接的情况的沉降和稳定可能还未有引起充分重视。1、 浅层软土地段低矮路堤 浅层软土(淤泥、泥沼、饱和粉细砂土及有机质土)指软土埋深较浅，表层风化硬壳层较薄(小于1m) 的软土地基。处理不当容易造成路基沉陷。2、 水塘地段路基 平原水网地区水系发达，水产养殖业丰富，道路时常穿越水塘。对于部分在塘范围的路基，如果处理不当容易发生边坡稳定破坏。3、 软土段一侧临空的路基 平原区低路堤一般不会发生边坡稳定问题，这种情况主要因为开挖排水沟人为造成脱空临空面，形成一个“高路堤”，路基下软土层充当该高路堤的不稳定部分，而这种“高路堤”是不能与层层填筑压实的路基相提并论的。4、软土段新老路基拼接 旧路改扩建过程中新老路堤的拼接会带来两方面的问题。一个是新路沿与老路的拼接面下滑；另一种由于路基是一个三维连续体新路的下沉必然带动老路一起沉降。3、路面破坏路基的差异变形会通过路面结构反映到路表上，所以大多数路面病害都是路基病害的反映.沥青路面会产生沿结合面走向的裂缝，面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等。图2-5新填路基半幅垮塌（1）、 高等级公路改扩建沥青路面损坏主要为面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等， 严重时会产生沿结合面走向的纵向裂缝。路面损坏是高等级公路改扩建工程中最常见的病害形式。路基的变形不协调会通过路面结构层反映出来， 因此公路改扩建工程中大多数路面病害都是路基病害的反映。图2-5半幅道路垮塌（2）、 水泥混凝土路面损坏主要为唧浆和脱空现象， 进一步发展会引起结合面附近出现纵缝、裂缝处板块断裂以及裂缝的扩展。由于结合部位两侧的新老路基沉降速率不一致， 沉降量不同导致结合部位存在应力突变、集中现象。当弯拉应力大于结合界面强度时， 会在该处产生开裂错台。另外， 新加宽路基边坡坡角在填土自重作用下逐渐发生侧向位移， 进一步带动其上的填土产生沉降和侧向位移， 使整个加宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。由于这两方面因素的作用，会在交界处形成纵向裂缝。（3）、 新老路基结合部位施工工艺较复杂， 施工难度较大， 在此常产生人为的质量因素， 如密实度达不到设计标准等也是产生纵向裂缝的原因之一。当其在软土地区进行路基加宽改建， 其中原路基底部地基土的沉降固结状态、加宽路基的水文、物理、力学性能， 加宽路基新增的作用力对沉降变形的影响等也会导致路面开裂。4、路面整体性能下降随着路面病害的产生和道路纵横坡的变化，道路结构性能和服务性能也随之下降，当路面状况指数(PCI )、结构承载力、平整度等下降到一定程度时，还将影响行车安全。另外，就新老路基结合方式而言，在产生相同变形的前提下，双侧拓宽产生的病害数量，比单侧拓宽更不利。5、支挡结构损坏支挡结构的损坏主要表现为挡墙墙面开裂，墙体整体滑移、倾覆等。而挡墙一般设置在原地面边坡较陡的地方。下面就边坡破坏做一些简单的分析9。（1)、 内在原因：边坡在形成过程中，其内部原有的应力状态将发生变化，引起应力重分布和应力集中等效应。为适应这种应力状态的变化，边坡将发生不同形式和不同规模的变形与破坏。（2)、 外部因素：各种自然应力和人类工程活动也可造成边坡外形、内部结构及应力状态的变化，这些应力则是推动边坡演变的外部因素，如降雨，地震，人工加卸载等。（3)、 坡变形破坏单元的简单划分： a. 拉裂，为拉断破坏； b. 蠕滑，为剪切变形破坏；c. 弯曲，系指弯曲变形；d. 塑流，系指岩土体中软弱层(带) 的压缩和向临空或减压方向的塑性流动。边坡的变形破坏从而会导致支挡结构的损坏，从而进一步导致道路的破坏，所以保证边坡的稳定性是保证道路发挥正常功能的一个重要方面。3.5、软基病害机理分析及处理方法1、机理分析影响旧路拓宽工程性状的主要因素有：新老路基间的不协调变形、新老路基之间的不良结合、路基路面整体抗变形能力、路基稳定性，以及水纹、地质条件等。拓宽工程路基病害的发生往往不是由单个因素决定的，而是多种因素共同作用的结果。（1）、 新老路基下地基沉降的差异：这是路基拓宽工程容易产生纵向裂缝的最主要原因。新老路基地基压缩固结时间不同，老路地基经多年荷载作用，沉降变形已经基本稳定；而新路地基在施工过程中以及竣工通车后都将有较大的沉降变形发生，因此，新老路基下的地基间将产生不均匀变形。同时，道路拓宽工程工期较短，控制工后差异沉降的难度较大。（2）、 新老路基强度和刚度的差异：新旧路修筑年代不同，取土地点也不相同，因此加宽路基填筑土料与老路基填筑土料不可能完全相同。填筑材料经自身重量、路面和车辆等荷载的作用，老路基已经完全被压实，而新路基的填料虽经严格压实，仍有塑性累积变形的存在；同时，新老路基采用的施工方法和工艺不同，公路等级和标准也有很大的差异。（3）、 新老路基结合部处治措施不当：新老路基结合部是拓宽工程的最薄弱部位，最容易发生路基病害。如果结合部表面土体强度不足、台阶开挖不合理以及加筋处治不当等，将会导致拓宽路基沿结合面产生滑移或蠕滑，在结合部路面产生纵向裂缝；如果工后路面排水措施不完善，路表水沿裂缝大量下渗，会加速路基的变形和失稳。（4）、 施工因素的影响：施工因素是导致拓宽路基病害的重要因素，新老路堤结合部施工过程中的以下情况会形成路基病害隐患：a、 结合部的表面根植土、松散土层、腐殖土、杂物等清理不彻底，土路肩、硬路肩部位不适宜作填料的材料换填不彻底，填料粒径偏大、含泥量多，透水性不佳等，使新老路堤结合部形成薄弱的带状结合面。b 、边坡开挖面过大，在已开挖的边坡处没有及时堆放反压材料，使老的边坡开挖面长时间地暴露在外，受到雨水直接冲刷，造成新老路堤亏方，新老路叠合面减少。同时，地基处理施工、抽水清淤(地下水位降低)及交通荷载等会对削坡开挖后的老路路基的稳定性产生影响。c 、 路基填料压实不到位，引起不均匀沉降，使新老路面结合部开裂。公路拓宽改建通常受地形限制，单幅加宽时，大型压实机具很难发挥作用，压实难度较大，特别是新老路基结合部。较低的压实度不仅会使路基塑性累积变形大大增加，而且抗变形能力也大幅下降。d 、填筑速率过快，由于拓宽工程工期较紧，过快的填筑速率使新路基的沉降速率远远高于原路基的沉降速率，造成原路基失稳或将原路面拉出裂缝。e 、 施工中路基排水措施不到位，雨水渗入新老路基，使得结合部土体的强度降低，影响结合面的嵌固效果。2、处理方法高速公路拓宽工程的病害的成因是多方面的，但新老路基之间的不良结合和不均匀变形是最根本的原因，也是路基拓宽工程中的主要控制因素。因此，在高速公路拓宽工程中必须采取切实有效的工程技术措施，减小地基的不均匀沉降，保证新老路基的强度、刚度和整体稳定性，加强新老路基结合部的处治措施，减少拓宽工程路基的病害发生。通常可采用软弱地基处理、基底清淤换填、旧路路堤台阶开挖、土工合成材料加筋垫层和加筋土路堤、土工织物防渗和排水、改良土高强路堤和轻质路堤、铺设土工合成材料防裂层或增大加铺层厚度等工程技术措施。另外对软土地基进行处治时，根据不同的地质条件确定合理的处理方法是地基处治效果的关键。软土地基可以大致分为三种类型： 1）地表软土厚度小于2m-6m的地基，采用换填法处理或浅层处理即可彻底解决问题； 2）软土厚度在6m-10m时，或在堤脚存在大片水塘时，可选择深层搅拌桩或塑料排水固结法处理。降水深度大于0.5m者应在选择防渗流措施后方能进行后续方案的施工，具体方案比选后确定，可选用预应力疏桩或深层搅拌桩复合地基处理； 3）软土厚度大于8m-l0m时，首选控沉疏桩、CFG桩或轻质填料等方案进行比选后确定。不同的处理方法具有各自的局限性，并且新老路软基不同处理方法组合导致的路堤变形也不同。表2软基处理方法比较处理方案原理优点缺点改建工程实例隔离墙+塑料排水板+预压这是一种侧向约束方法，可以加速扩建部分软基的固结沉降有效可靠的降低地下水位。可以隔离拓宽荷载对老路的影响，但堆载预压工期较长锡澄-沪宁高速公路分离式拼接段桩网复合地基考虑桩、承台、土基、土工织物、路堤的协调作用降低路的差异沉降施工方便，工期快。处理效果明显，工后沉降小。沪宁高速、沪杭甬高速南京绕城高速塑料排水板增加排水通道，缩短排水距离，加速固结，减小工后沉降。理论较成熟，设计施工经验丰富。工期较长，对老路影响大。沈大高速沪杭甬高速水泥搅拌桩复合地基半刚性复合地基理论较成熟，处理效果明显。但处理深度有限（20m）。广佛高速、沪杭甬高速、沪宁高速CFG桩复合地基由水泥、粉煤灰和碎石或石屑形成的一种刚性复合地基承载力高沉降变形小，变形稳定快，灌注方便，易于施工质量控制，工程造价较低。南京绕城高速轻质路堤（EPS）填料自身质量清，以降低对地基的压力，降低沉降量。稳定性高耐久性好；施工装配简单；易于维修，但费用较高。沪宁高速、沪杭甬高速3.6、本章小结本章通过对高等级公路改扩建后软土地基可能存在的病害类型及其机理的探讨分析，提出了针对高等级公路改扩建路基加宽病害的技术对策。本着“预防为主，及时处置”的原则。在设计和施工过程中通过合理设计， 提高施工工艺和施工质量等方法进行有效预防，尽量减少路基的差异沉降， 最大限度地减少和延缓裂缝产生的概率和程度。对已发生的裂缝及时采取有效措施进行处治、控制裂缝的发展、恢复路面功能、延长路面的使用寿命。4 软土地基差异沉降及控制标准软土地基上高速公路改扩建工程的关键问题是新老路基之间的差异沉降问题。要解决这一问题，必须要了解在新路基边载作用下新老路基的应力应变特性，在掌握新老路基沉降变形规律的基础上，根据新老路基路面结构路用性能以及变形稳定的要求，确定改扩建工程新老路基的沉降变形控制标准，提出技术可行、经济合理的设计和施工方法。首先我们要对不同时间和不同条件下的沉降做出分类和界定。原有旧路的路基称旧路基，拓宽加铺部分称新路基，新旧路基合称拓宽路基。图3-1新旧路基示意图在拓宽路基中，假定旧路基与地基固结沉降己经全部完成，即若无外力作用，只在自身重力作用下将不会发生沉降，这时的沉降称为旧路基第一次沉降，若道路不拓宽，此时沉降即为旧路最终沉降。路基拓宽后，旧路基在新路基作用下会再次发生压缩变形，直至最终稳定，此次沉降过程称为旧路第二次沉降。同时，新路基也会在拓宽后发生固结沉降，而在施工中由于荷载和压实作用，瞬时沉降和主固结沉降基本完成，此阶段的沉降量称为新路基第一次沉降，在施工结束后，路基的次固结沉降开始，直至最终沉降完成，此阶段沉降称为新路基第二次沉降，即俗称的工后沉降。旧路基的第一次沉降和第二次沉降的和称为旧路基最终沉降。同样，新路基的第一次沉降和第二次沉降的和称为新路基最终沉降。而新路基施工结束后，经过漫长时间固结平衡后，整个路基的沉降称为拓宽路基最终沉降。可见拓宽路基的最终沉降包括三部分：旧路的第二次沉降和新路基的第一、第二次沉降。我们将新路肩边缘与旧路基中心线之间的沉降差称为新旧路基差异沉降，即最大差异沉降；将新路肩边缘与旧路肩边缘之间的沉降差称为新路基差异沉降。4.1软土地基沉降观测及机理分析旧路加宽后，由于新旧路基的固结沉降时间不同，或施工压实度不同，或新旧路基土质土基不同、地下水位差异等原因，致使新旧路基发生不均匀沉降，这种不均匀沉降将会在路面结构中产生一定的附加应力，一旦这种附加应力与车辆荷载的作用力之和超过路面材料本身的容许强度，路面便会产生结构性破坏，造成工程质量问题。4.1.1公路不均匀沉降引起的病害及原因101 路面病害：（1） 公路不均匀沉降量过大会引起沥青混凝土路面的不均匀沉降、开裂、错台，在新旧路面连接处产生路面纵向裂缝。一般是路堤出现此问题，因为结合部位两边的新旧路基沉降速率不一样，沉降量不同，导致结合部位存在应力突变、集中现象。弯拉应力大而结合界面强度较低，会在该处开裂错台；另外，新拓宽路基边坡坡角在填土重力作用下逐渐发生侧向位移，进一步带动上面的填土沉降和侧向位移，使整个拓宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。由于这两方面因素的作用，会在交界处形成纵向裂缝。图3-2沥青路面纵向裂缝（2） 软土地基沉降引起路面开裂：由于地基强度低、压缩性高，地基的压缩沉降难以在施工期内完成，因而很大部分固结沉降特别是次固结沉降将在路基施工甚至在路面施工完成后一段较长时期才会逐渐终止。由于路堤自重引起的路基附加应力往往是中间大、两边小的分布形态，因此，地基沉降也将呈现出中间大、两边小的盆腔型分布形态。由于高速公路的软基均进行了加固处理，并在路基沉降较小情况下进行路面施工，所以工后沉降在路基两侧沉降很小，主要集中于路基中心附近。从路基差异沉降的分布特点看，当工后沉降较大，导致行车道路面板下出现局部脱空时，行车道和超车道之间将会出现沉陷和错台现象，而行车道面板的脱空与两车道间的错台、沉陷将使雨水不断进入并积存于基层、底基层或路基填土中，并在重荷作用下形成高压水反复冲刷甚至掏空道路面板的基层支撑点，而路基软化后的残余变形将使这一现象日趋严重，并最终导致道路的严重破坏。（3） 旧路加宽后，由于新修的路堤发生的沉降量较大，而旧路土基固结基本形成，制约了旧路基同时下沉，造成了新旧路之间的不均匀沉降。旧路加宽后，相当于在旧路路基边坡坡面上增加了一个很大的外加力，这使得旧路堤的右侧产生一个顺时针的附加应力，附加应力的作用使旧路路拱变形，结构层开裂，并造成路面错台、坑洞、裂缝、断裂等病害。再经过地表水或雨水通过裂缝不断下渗，会使路基翻浆。该现象主要发生在我国北方各省及南方季节性冰冻地区。另外，沿溪线、越岭线、林区道路路段改扩建后也易发生翻浆。它的产生有自然原因，亦有改扩建时施工的原因。A自然条件方面的原因：（1）土质：粉性土最易翻浆，且土中水分增多时强度降低快，易失稳；粘性土只有在水源充足且冻结速度慢时才可能出现翻浆；砂土一般不翻浆。（2）温度：一定温度与冷量是形成翻浆的重要条件。当冰结线长期停留在路面下较浅处时，路基上部易翻浆。（3）水：路基附近的地面积水及较高的地下水位提供的充足水源也是翻浆的重要条件B施工方面的原因：（1）在翻浆多发地段没有考虑防冻影响，未设防冻层，抗冻防水性能差。（2）路基标高设计低，填土高度小，地下水位高，路基常处于潮湿状态。（3）改扩建时树根、草皮等未清除彻底。（4）分层压实不够。（5）施工中排水不畅，路基被水渗泡，冻结时聚冰严重。（6）施工土层用了大量粉质土、腐殖土、盐渍土、大块冻土等。图3-3施工扰动引起的老路基开裂2 路基病害：（1） 在旧路加宽路段，新旧路基结合部位未挖台阶，或台阶宽度不足。致使新旧路基结合不紧密，导致路基整体性差，容易发生剪切变形破坏。当新路基沿结合面滑移量较小时，新旧路基结合面会产生错台，导致新旧路基结合部位的路面开裂，雨水由裂缝进入，结合面强度急剧降低，给路基的稳定性留下很大的隐患；当滑移量较大时，会造成公路整体性破坏甚至坍塌，使原有路基出现失稳现象。（2） 加宽部分填料不均匀，路基压实不均匀或压实度不足，使路基底面沿横向产生盆形沉降，导致路面横坡坡度变缓，形成积水区，影响路面排水，形成公路病害。3 提高路堤病害：为提高旧路的技术标准，采用了提高路基高度的办法。但高路堤造成施工困难、占地过多、行车不安全、路基稳定性变差、变形严重等现象。提高路基高度，在稳定冻土路段可以减少路基路面的不均匀变形，但有增加纵向裂缝的可能性；而对于不稳定冻土地区，提高路堤高度不仅不能减少波浪、沉陷等变形类病害，反而会加剧纵向裂缝及边坡冲蚀等，路基纵向裂缝随路基增高而严重。图3-4新老路基两侧差异沉降产生此病害的原因：（1）填筑高路堤，路堤自重增大，引起地基沉降、侧移增大；（2）路基抬高使边坡面积增大，雨水汇水面积加大，受雨水冲刷，水对路基侵蚀作用影响明显；（3）填土不均匀，压实指标难以确定，导致施工压实不匀，造成路基沉降不均匀。综上所述我们可以知道影响路基沉降的因素很多，如荷载大小、土的性质、地下水位、土层分布及土的应力历史等。大量的调查研究表明，路基不均匀沉降是多方面因素综合作用的结果。4.1.2填方对于路基的不均匀沉降的分析填方路基不均匀沉降11模式及成因：（1）路基填土压实度不足：由于压实度不足，往往导致填方路基的不均匀沉降变形，路基两侧出现纵向裂缝。路基土体压实度不足的主要原因有以下几点：A) 施工受实际条件的限制。B) 考虑到施工安全和进度，使得压实或压实作用时间不足。路基压实不充分，致使路基压实度达不到要求。C) 由于填方土体的最佳含水量控制不力，压实效果达不到。D) 在填方路堤施工中，当路堤施工到一定高度以后，路堤边缘土体往往存在压实度不足问题。（2）地基中存在软弱土层或岩溶：A) 软弱土层本身力学性能差，在附加应力作用下，会发生固结沉降、次固结沉降和侧向塑性挤出，导致明显的沉降变形。B) 有些河谷、水塘地段虽作了清淤处理，但是处理不彻底或回填材料控制得不好，从而形成人为的相对软弱土层。在高填方填筑后，地基出现不均匀沉降，造成路基的不均匀沉降，甚至路面开裂。C) 在一些地表水和地下水自然排泄困难的地方，地基土中软弱土层固结过程中的较大沉降变形是产生过大沉降和沉降差的重要原因。有些路段所处地基不属于软土地基，但处于低洼、河谷处，长期受水冲蚀，天然含水量较高，在设计时未发现或未作特殊处理，在施工时也未作等载或超载预压，也会产生不均匀沉降。一般说来，土层的天然含水量越高、天然孔隙比越大，则压缩系数越大、承载力越低，则路基的沉降量和沉降差越大；抗剪强度和承载力越低，则侧向塑性挤出甚至局部坍滑的可能性越大。故地基中存在软弱土层或岩溶容易导致路基不均匀沉降。（3）路基刚度差异显著：路基综合刚度是指沉降变形有效深度范围内综合的抗变形能力。由于路基表面并非总是水平，公路构筑物与路基土体刚度差异明显，在相同外力的反复作用下，变形量不同，一般会出现两种情况：A）出现明显的差异沉降，导致路基路面裂缝破损。B）虽然没