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摘要 软土地基上高速公路加宽变形特性及差异沉降控制标准研究 摘要 研究生： 导师： 张军辉 黄晓明 ( 东南大学交通学院江苏南京2 1 0 0 9 6 ) 近几年来交通量持续增长，原来高速公路的通行能力已不能满足要求。根据技术经济分析，高速公路 在原有基础上进行加宽是合理选择。我国东南沿海地区的高速公路大多修筑在软土地基上，由于软土地基 固有复杂的技术特性，高速公路相应的加宽工程将更加复杂。综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路基的相互作用，新老路基结合部的处治、新老路软基处理及差异沉降控 制标准等。本文针对软土地基上高速公路加宽工程中路基变形特性和差异沉降标准进行了深入研究 由于求解b i o t 固结方程一般较为困难，需要借助数值积分才能得到最终结果，不便于工程应用。论 文首先假定地基为b l o t 介质，根据条形面积上梯形荷载作用特性求得了加宽路堤荷载作用下地基中初始 超静孔隙水压力及有效应力表达式，进而求得了瞬时沉降、固结沉降和最终沉降解析式。分析结果表明， 加宽路堤荷载作用下，其下方出现了高附加应力区和高超孔压区；地表沉降呈现老路堤中心最小、加宽路 堤断面形心垂线位置最大的分布形式，变化规律和现场实测资料一致。 其次，软基上的加宽工程，由于土体本构模型、加载历时、边界条件等的复杂性，采用解析解解决问 题远不能满足工程需求。论文采用有限元软件a b a q u s 对软基上加宽路堤性状进行了系统分析，包括加宽 荷载作用下软基中的附加应力场，位移场和超孔隙水压力分布场，加宽施工期老路堤表面沉降、新老路堤 表面沉降、横坡比及新老路堤坡脚水平位移等；考察了加宽路堤宽度、加宽路堤高度、加宽路堤刚度、加 宽路堤填料重度、软基深度、软基刚度及老路固结程度等因素对加宽性状的影响。 为保证加宽工程新老路基的均匀性，采用土工合成材料加筋具有良好的效果。为了深入研究加筋路基 的变形特性，论文结合宽工程加筋路堤离心模型试验，对加筋效果进行了分析。并研究了筋材模量、铺设 位置、嵌入老路堤长度及地基刚度等对加筋效果的影响，比较现场实测资料与计算结果发现，二者具有一 致性。对于控沉梳桩复合地基，分析了填土高度、筋材模量、桩体模量和固结时间对沉降、土拱效应、拉 膜效应等的影响，并考察了垫层刚度、桩帽大小和桩问距对沉降的影响，研究了复合地基中筋材的铺设位 置，数值分析和实测资料表明，带帽控沉梳桩复合地基能有效减小沉降。此外，分析了老路软基不处理、 粉喷桩处理和塑料排水板处理时，加宽路堤软基分别采用这些方式时的路堤变形，对加宽工程软基处治提 出了建议。 论文考察了面层厚度、面层模量、新老路基层模量之比及差异沉降等对加宽工程路面开裂的影响。研 究成果表明增加面层厚度、减小面层模量和差异沉降、使新老路基层模量接近能降低路面开裂的可能性； 同时分析了对称和非对称荷载图式下加筋延缓加宽工程路面开裂的桥联增韧作用 最后，为了研究加宽路基不均匀沉降对路面结构的影响，根据路面横坡，纵坡和平整度要求探讨路面 功能性要求，应用平面有限元理论分析了差异沉降在旅工期老路面和工后新路面中引起的附加应力，探讨 了路面结构性要求容许的差异沉降。综合路面功能性要求和结构性要求两方面提出了加宽工程中差异沉降 的控制标准，并与其他方法和已有工程实践进行对比分析，验证了标准的合理性 关键词：软土地基；路堤加宽；附加应力；控沉梳桩复合地基；差异沉降 奎堕查堂苎主竺竺堡苎 r e s e a r c ho nd e f o r m a t i o nb e h a v i o ra n dd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tl i m i t a t i o no f e x p r e s s w a yw i d e n i n g o i ls o f ts o i lf o u n d a t i o n a b s t r a c t p h d c a n d i d a t e ：乃删gj u n - h u i s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n gx i a o m i n g ( t r a n s p o r m f i o nc o l l e g e , s o u t h e a s tu n i v e r s i t y , j i a n g s un 删i n g2 1 0 0 9 6 ，c h i ) d u et ot h ec u r r e n ti n c r e a s eo fu a 丘l c ，t h ec a p a c i t yo ft h eo l de x p r e s s w a y sc a r m o tm e e tt h er e q u i r e m e n t i n t e r m so ft e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i s e s , t h ew i d e n i n go ft h eo l de x p r e s s w a y si sar a t i o n a ls e l e c t i o n m a 珂 e x p r e s s w a y si nt h ee a s t - s o u t b e mc o a s t a lr e g i o no fc h i n aw e r eb u i l to nt h es o f tf o u n d a t i o n 。b e c a u s eo ft h e i n t r i n s i cc o m p l e x i t yo fs o f ts o i l , e 删a y - w i d e n i n gp r o j e c t s0 1 s o rf o u n d a t i o nw i l lb em o r ec o m p l i c a t e di n t h i sa r e a i ng e n e r a l , t h ek e yt e c h n i c a lp r o b l e m so fw i d e n i n gp r o j e 吣o ns o f is o i lf o u n d a t i o ni n c l u d et h e i f 巾胃a c 矗。皿o ft h eo l da n dn 附e m b a n k m e n t s , t h et r e a t m e n to ft h ej o i n to ft h eo l da n dn e we m b e n k m e n t s t h e f o u n d a t i o nt r e a t m e n to f t h eo l da n dd 删s o f tf o u n d a t i o na n dd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t t h ed e f o r m a t i o nb e h a v i o ro f e m b a n k m e n ta n dd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tl i m i t a t i o no fe x p r e s s w a yw i d e n i n go ns o f ts o i lf o u n d a t i o nm es t u d i e d c o m p l e t e l yi nt h i sp a p e r , b e c a v t h eb i o t sc o n s o l i d a t i o n sa r ec o m p l i c a m da n dc a n n o tg a i nt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sd i r e c t l y , w h i c ha r e n o tc o n v e n i e n tf o rp r o j e c t s ，i nt e r m so f t b eb i o t gc o n s o l i d a t i o n 曲哪t h es o l u t i o no f t b ei n i t i a le x c l y j $ p o r ew a t e r p r 器s u r ea n de f f e c t i v es t r e s si nt h ef o u n d a t i o nu n d e rt h ee m b a n k m e n t , a sw e l la ss o m eb f i e ff o r m u l a so ft h e i m m e d i a t es e t t l e m e n t , t h ec o n s o l i d a t i o ns e t t l e m e ma n dt h et o t a ls e t t l e m e n te r e 乎l 如c db a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c o f u a p e z o i dl o a d i n g 孤惦n go nas t r i pa r e ai nt h i sp a p e rf i r s t l y t h e n , i ti sf o u n dt h a tt h em a x i m u m a d d i t i o n a ls t r e s s a n de x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r ea p p e a ru n d e rt h ee m b a n k m e n tw i d e n e d t h es e t t l e m e n to ff o u n d a t i o ns u r f a c e p r e s e n t st h es h a p eo f s a d d l e w h i c hi 5c o n s i s t e n tw i t ht h ef i e l dd a t a t h e n , d u et ot h ec o m p l e x i t yo ft h ec o n s i t u t i o n a le q u a t i o n so fs o f ts o i l , l o a d i n gh i 唧a n db 0 1 = m d a r y c o n d i t i o n s , t h et h e o r ys o l u t i o nc 锄o tm e e tw i t ht h er e q 岫e n to fw i d e n i n gp r o j e c t st h eb e h a v i o ro ft h e e m b a n k m e n tw i d e n e di sa n a l y z e ds y s t e m i c a l l yu s i n gt h ec o m p u t e rc o d ea b a q u si nt h i sp a p e 矗i n c l u d i i l gt h e a d d i t i o n a ls t r e s sf i e i d , d i s p l a c e m e n t 五e l da n de 粕哪p o r ew a t e rp r e s s u r ef i e l di nt h ef o u n d a t i o ni n d u c e db yt h e e m b a n k m e n tw i d e n e d , a sw e l la st h es e t t l e m e n to f t h eo l de m b a n 虹e n t5 瑚曲c ed t n i n gc o n 鲥n 删a n dt h en e w a n do l de m b a n k m e n t s $ o r f a c ea f t e rc o n s t r u c t i o n i na d d i t i o n , t h ee f f e c t so f t h ew i d t h , t h er i g i d i t y , t h eh e i g h to f t b e e m b a n k m e n tw i d e n e d , t h ed e p t ha n dd g i d 毋o f t b ef o u n d a t i o ns o i l t h ec o n s o l i d a t i o nd e g r e eo f t b eo l dr o a do nt h e b e h a v i o ro f t h ee m b a n k m e n ta r ee x p l o r e d t h es e l e c t i o no fr e i n f o r c e m e n ti sr a t i o n a lt og u a r a n t e eau n i f o r mo ft h eo l da n dn e we m b a n k m e n t so f w i d e n i n gp r o j e c t s i no r d e rt or e s e a r c ht h ed e f o r m a t i o nb e h a v i o ro fr e i n f o r c e de m b a n k m a l t , t h ee f f e c t so ft h e t e 略n es t i f f n e s s , t h ep o s i t i o n , t h el e n g t he m b e d d e di nt h eo l de m b a n k m e n to f g e n s y n t h e t i ca n dt h es 吐伍1 e s so f t h e s o f tf o u n d a t i o no nt h eg e o s y n t h e f i c - r e i n f o r c a de m b a n k m e n t 勰s t u d i e dc o m b i n gw i t ht h ec 删f u g em o d e l 怔s 协 o fr e i n f o r c e de m b a n k m e n to ns o rf o u n d a t i o 也i ti sf o u n dt h a tt h ef i e l dd a t aa n dt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sm c o n s i s t e n tw i t he a c ho t h e r d u et ot h en e wl mo f t h ec o m p o s i t i o nf o u n 血f i o nw i t hp i l e st oc o n t r o ls e t t l e m e n ti n 摘要 t h ew i d e n i n gp r o j e c t s t h ee f l e e t so f t h eh e i g h to f t h ef i l l t h et c m i l es l ：j f f l l e s $ o f g e o s y n t l 枷c ，t h ee l a s t i cm o d u l u s o fp i l em a r t i a l a n dt h ec o n s o l i d a t i o nt i m eo ft h ef o u n d a t i o ns o i l e m b m a k m e ms o i l 盯她e f f e c t , t e n s i o n e d m e m b r a n ee f f e c te t c a r ei n v e s t i g a t e d t h ee f f e c tf a c t o r so f 也es e 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本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获褥东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名： 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着国民经济的快速发展，我国高速公路的建设十分迅猛。2 0 0 5 年底，全国高速公路里程达4 1 0 0 5 公 里，比2 0 0 4 年新增6 8 0 0 公里。由于受建设时社会经济水平、技术水平和建设思想的制约，在已经建成 使用的高速公路中，绝大多数是双向四车道，六车道和八车道高速公路所占比例较低。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。解决这一问题有几种途径【l l = 一 种是路网加密方案，如将1 0 6 国道走廊带交通条件改善提高，以分流1 0 7 国道走廊带交通；一种是近距离 新建高速公路；另一种方法是老路加宽方案。路网加密方案工程投资大，对已建高速公路交通吸引有限， 特别是加密公路建设规模较小时，对长大距离交通吸引甚微：近距离新建高速公路投资规模大，占用土地 多，且容易造成路网分布不均；而老路加宽方案利用已建高速公路部分工程，占地拆迁较少，工程投资相 对较小。现阶段我国高速公路扩建大多采用老路加宽的方案。自1 9 9 7 年8 月，我国首条高速公路扩建加 宽工程一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、沈大、南京绕城、沪宁等高 等级公路相继局部或全线扩建加宽。津京唐高速公路等的加宽也在可行性研究之中结合国外经验及根据 国家未来经济发展，可以断言，全国主要经济干线走廊带内，如京广、京沪、京沈等，远期将需要1 0 条 左右车道的高速公路的通行能力因此，从长远发展和经济效益的角度讲，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和必须解决的重要问题。 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 基固有复杂的技术特性，高速公路相应的加宽工程将更加复杂。综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，但还没有成型的技术能够较 好地解决这一问题，很多加宽工程处治效果不佳，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及差异沉降控制标准，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。 1 2 高速公路加宽工程发展概况 为了有效提高高速公路的通行能力，保证其使用性能，国内外高速公路加宽工程已有一定的实践。 1 2 1 国外高速公路公路加宽工程 国外公路加宽工程主要有荷兰鹿特丹( r o t t e r d a m ) 安特卫普( a n t w e r p ) 的a 1 6 号公路1 2 4 1 、阿姆斯 特丹( a m s t e r d a m ) - 乌得勒支( u t r e c h t ) 的a 2 号公路吼芬兰赫尔辛基饵e l s i n 蛉m j k o n k o r p i 公路田，日本 鹿沼宁都宫高速公路、名神( 名古屋神户) 高速公路【6 l ，韩国1 号高速公路，德国开姆尼茨( c h d i 卧德 累斯顿( d r e s d e n ) 的a 4 号联邦高速公路，美国印第安纳州( i n d i a n a ) 的高速公路、田纳西州( t e n n e s s e e ) 7 5 号和1 5 3 号州际公路的交接段、4 3 4 号州际公路从t u s k a w i l l a 至4 1 7 号州际公路段( 2 1 2 1 m ) ，以及1 - 8 0 号 高速公路从a s h b y 到a v 砌蜗大学段等等。 。交通部2 0 0 5 年公路水路交通行业发展统计公报w w w m o c g o v c n 0 j 2 a h u z h i z o n g h e g h s g u i h u i g z d t t 2 0 0 6 0 5 1 8 3 3 1 5 5 h u l l 1 东南大学博士学位论文 由于国外修建高速公路的方式与我国完全相同，且有关高速公路加宽实体工程的报道很少，值得借 鉴的地方不多。 1 2 2 国内高速公路公路加宽工程 自1 9 9 7 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，沪杭甬、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。另外，华北的津京唐 高速公路，京沪高速公路江苏段等加宽工程也即将展开。 ( 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 8 6 4 a n ，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4 1 m ；雅瑶立交至终点谢边段，全长6 9 7 1k m ，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3 3 5 m 。加宽工程从1 9 9 7 年1 0 月开工，到1 9 9 9 年1 2 月完工，成为全国首 条高速公路加宽扩建工程口s 。其主要技术要点及效果： 软基处理 广佛高速公路全线累计共有软土地基段55 6 2 m ，软土层厚度达l o m 2 0 m ，主要是淤泥质细( 粉) 砂 软弱层。老路下的软基采用袋装砂井结合砂垫层排水固结处理，经过近十年的沉降，路基范围内的软基已 充分固结并趋于稳定。考虑到新路基的工期短、不可中断交通和软基范围广等特点，采用水泥粉喷桩快速 固结软基，并结合砂垫层形成复合地基，提高地基整体强度。 粉喷桩施工由外向内分两阶段逐步施工：第一阶段按1 ：0 8 的坡率开挖老路边坡。整平压实形成工作 面后进行外层粉喷桩施工，待粉喷桩成型检验合格后进入第二阶段旖工，按1 ：o 5 的坡率继续开挖边坡， 整平压实后再进行内侧粉喷桩施工。桩的直径为5 0 ，桩间距分布里密外疏，其中新建路面下采用1 2 m 间距梅花桩型布置，靠近新路坡脚处采用1 8 m 2 3 m 的间距。 砂垫层严格按照设计要求旋工，与老路堤的砂垫层连通。地下水丰富路段增设土工布包碎石作盲沟， 确保路基排水畅通。 路基处治措施 老路边坡采用清除表土后再挖台阶的方法进行衔接，严格按照施工规范中对新老路基衔接的要求开挖 台阶，而且台阶数量尽可能多，为新老路基衔接提供更多接触面，更利于新老路基的结合。在部分填方较 高的路段采用逐步开挖的方式施工，同时做好排水与安全防护工作。 在软基处理和填土过程中始终用塑料布封闭开挖出露的老路堤坡面。 为减小不均匀沉降和提高新路基的稳定性，使应力传递更合理。在复合地基上铺设两层土工格栅。土 工格栅横向铺设，两层之间填筑5 0 锄风化土。对软基与非软基接头部位用两层1 5 m 长土工格栅搭接过渡， 其中软基处理段搭入5 m ，非软基段搭入l o m 。 在路槽纵向铺设2 m 宽跨施工缝的土工格栅，格栅嵌入老路面的宽度为10 0 5 m ，以加强新老路基的横 向联系，减少裂缝反射。 严格控制新老路基结合部( 大型压路机的压实施工死角) 的压实，对该处用打夯机分薄层压实填筑。 施工动态控制 软基处理施工期从1 9 9 7 年9 月至1 2 月，施工完成后设点观测沉降量，期间每增加一层填土观测一次， 填土结束后每个月观测一次，连续观测至1 9 9 9 年1 0 月完工通车为止。 路面处治措施 将老路面边缘6 0 宽范围内呈疏松状况的沥青混凝土面层和水泥稳定基层挖除，在新路面施工时一 起回填压实，结合路槽跨施工缝设计土工格栅来增强路面整体性。 路基拼接效果 广佛高速公路加宽工程竣工投入运营后，道路通行能力大幅提高，高峰期交通量达1 1 00 0 0 辆，昼夜。 2 第1 章绪论 在繁重的交通量作用下，加宽工程的质量状况良好。2 0 0 0 年n 月对加宽工程缺陷责任期路况调查资料表 明，新建路基基本稳定，无显著下沉或开裂，新路面没有出现积水现象和因设计或施工原因导致的破损。 2 0 0 3 年7 月，广佛高速公路路面状况明显下降，出现了横向裂缝、网裂、坑槽等病害，但基本没有出现因 路基拼接、差异沉降造成的路表纵向裂缝和反坡，初步说明处理方法和措施是合适的 ( 2 ) 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( 海口琼海段) 8 6 1 5h 于1 9 9 6 年1 1 月正式 动工，1 9 9 8 年3 月建成通车。二期工程( 琼海三亚段) 分两阶段进行，1 9 9 8 年6 月，二期工程( 琼海 陵水段) 1 0 8h 正式动工，2 0 0 0 年1 月建成通车；2 0 0 0 年中旬，= 期工程( 陵水- 三亚段) 5 7h 正式动工， 全部工程于2 0 0 1 年9 月建成通车i l q 其主要技术要点及效果： 软基处理 对于3 m 深度内的软基，一般换填适当厚度的砂垫层或级配碎石垫层。对于3 m 以上深度的软基，采 用粉喷桩、粉喷桩加反压护遭或粉喷桩加预压处理。粉喷桩要求最少需7 天龄期后才逐渐填筑方。填土 时要严格控制填土厚度和压实度标准。 路基处治措施 新老路基结合部开挖台阶。在原有半幅左侧路堤边坡处，从坡脚向上挖成1 0 m 1 5 m ，内倾2 4 的反向台阶。坡脚附近的台阶宽一些，通常为2 m 3 m 。然后逐渐填筑新路基，台阶部位需及时和重点 碾压。部分路段提高路基压实度标准。填方路段，把规范规定的9 0 压实度区提高到9 3 ，9 3 区提高 到9 5 ，9 5 区提高到9 6 0 , 4 挖方段，路堑路床压实度要求达到9 6 。 对于4 m 的填方路基、底基层下以及桥涵的台背处，在新老结合部设置塑料土工格栅。 施工动态控制 软基路堤填筑过程中要做好沉降和稳定观测，并严格限制施工填料和加载速度。路基加载速度应控制 沉降量 l o m 的重点路段( 桥头、结构物处理路段等) 的处 理使用预应力管桩。预应力管桩为先张法预应力混凝土薄壁管桩，采取锤击或静压沉桩方式，用焊接法接 桩。打设深度2 5 m 以内的管桩直径为3 0 ，2 5 m 以上其直径为4 0 锄。桩顶现浇混凝土桩帽通过桩塞混凝 土与管桩连接，桩帽为矩形，边长有9 0 和1 0 0 两种。加宽部分的路基荷载通过土工格栅和桩帽的传 递，大部分由预应力管桩承担。路堤桩的平面布置采用正方形布置间距为2 o m 2 5 m ，打设深度为1 5 0 m 3 5 o m ；桥头等结构物部位采用间距和打设深度分级过渡处理。 粉喷桩处理：处于硬壳层较薄、软土层厚度 5 0 血3 s ；打设深度大于1 5 m 时，采用厚度为4 5m 的塑料排水板，要求纵向通 水量6 5 5 0 锄3 s 。塑料排水板打设间距为1 3 m i 5 m ，最大打设深度为2 5 m 。 路基处治措施 考虑到老路的填料为宕渣，老路路基，尤其是边缘压实度不足，台阶尺寸较大，控制为宽l m 2 m 。 老路及加宽工程的路基填料根据该区域的料源情况，均采用宕渣和砂砾作为填料，其中砂砾主要用于 桥头与结构物连接部位，每层最大压实厚度为2 5 为协调拼接路基的变形，均化荷载，减少新老路基的不均匀沉降，粉喷桩、预应力管桩段在其上铺设 一层双向土工格栅。塑料排水板结合等载预压段每级台阶上铺设一层单向土工格栅，底基层与路基之间铺 设一层双向土工格栅。土工格栅铺设长度从拼接处至新路基边缘。 考虑到提高压实度的实施难度及缺乏控制标准等因素，沪杭甬高速公路加宽工程路基采用规范要求的 压实度进行填筑。 施工动态控制 沪杭甬高速公路在如此深厚的软基上进行加宽在国内尚属首例，没有成功的软基处理设计和施工经验 作参考。因此应进行施工过程及工后的沉降和稳定动态观测。 路肩沉降观测桩埋设在老路堤路肩上，测量老路的沉降；水平沉降管水平放置在加宽路堤底部，测量 加宽段沉降。 位移边桩和测斜管均埋设在路堤护坡道外侧与桥头路堤前缘，观测整个土层的水平位移。 软基路堤填土高度3 0 m 以内，按0 2 m 4 d 的速率填筑，每填一层( 0 2 m 厚) 间隔时间不得少于4 d ； 填筑高度 3 m 时，按0 2 m 7 d 速率填筑，水平位移控制为3m d 4m d ，每填一层( 0 2 m 厚) 间隔时 间不得少于7 d ，同时结合沉降及水平位移速率控制。 路面处治措施 为保证新老路面良好的结合，防止路面结构层积水等不良现象产生，主要采取以下措施： 路面底基层与路基的交界面铺设土工格栅；老路路面各结构层挖除台阶状，并要求结合密实；在新老 路面相接处，面层下设置开级配水泥稳定碎石排水带；新老路面基层顶面洒铺封层油，在接缝处铺设宽度 为5 0 血的玻纤网，并洒布热沥青作为粘层油。 路基拼接效果 沪杭甬高速公路拼接段的总沉降量为1 0 皿2 0 血，远小于设计的3 0 锄9 0 。拼接后新路基月沉 降速率为3m 5 衄。目前沪杭莆高速公路加宽工程宁波至杭州方向半幅已基本稳定，没有出现明显病害， 无下沉或开裂现象。 前文对国外高速公路加宽工程概况进行了总结，并对国内已完成的软基上高速公路加宽工程从软基处 理、路基处治、路面处治及加宽效果等几个加宽工程涉及到的主要方面进行了归纳，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。 1 3 软基上高速公路加宽工程对策分析 软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， 下面仅对软基处理，新老路基接合部拼接技术、新老路面结构处治、沉降控制标准及加宽工程分析方法等 技术对策进行分析，从而导出本文的研究内容 1 3 1 软基处理 高速公路加宽工程中的软土地基处理，应将减小新老路堤的差异沉降作为设计原则，并针对不同的软 基深度、填筑高度、路段位置及结构物类型等因素确定相应的处理方法。高速公路软基处理方法很多，但 5 东南大学博士学位论文 对于加宽工程而言，由于工期紧、施工场地狭窄，同时还要维持既有道路交通正常运营等原因，软基处理 较新建高速公路具有更高的要求。目前，在加宽工程中最常用的软基处理方法有塑料排水板法【l “、粉喷桩 复合地基口j 、控沉梳桩复合地基【l6 1 等方法。从机理上来说，大致可以分为加快软土固结的排水法，增强土 体强度的复合地基法，或者结合土工材料的处治方法。 由于老路软基处理方法的差异，导致不同的加宽软基处理方法对加宽工程变形特性影响不同，现有的 文献资料没有考虑新老地基处理方法的交叉影响。同时，考虑到加宽工程工期短，并且加宽施工时老路要 维持正常的通车，这都对加宽工程软基处理提出了更高的要求，不但要求新老路基工后差异沉降量小。还 要求降低对施工期老路的扰动。因此，通过理论分析，确定合理的加宽工程软基处理方法是加宽工程综合 处治措施的一个重要方面。 1 3 2 新老路基结合部的拼接技术研究 加宽工程中，老路经过长期荷载作用，必然在软基固结程度和路基刚度上存在差异，从而在新老路基 交界处产生不均匀沉降，进而引起纵向开裂，并将裂缝反射到路面，影响道路的使用性能。因此。要采取 有效的技术措施保证新老路基的良好衔接，使其成为一个整体，同时降低新路基在软基中产生的附加荷载， 减小新老路基的差异沉降，避免或减少横向错台和纵向裂缝。新老路基结合部的拼接技术包括土工合成材 料的应用、新路堤填料的选择及新老路堤加宽拼接的施工工艺等。 ( 1 ) 土工合成材料的应用 为了使加宽路基和既有道路紧密衔接形成整体，减少新老路基的不均匀沉降，防止路面开裂，广佛、 海南环岛、沈大以及沪杭甬高速公路加宽工程中均采用了土工合成材料。j u h a f o r s m a n 等i l7 1 ( 1 9 9 9 ) 、杨茂等 ( 2 0 0 1 ) ，李锁平等【1 9 1 ( 2 0 0 1 ) 都对软基上高速公路加宽工程中土工合成材料的应用进行了分析。分析结果 表明：使用土工合成材料可以有效地加强新帮填路基与既有路基的整体性，提高地基的承载力和解决路基 的不均匀沉降：可以降低由于路基自重引起的水平应力，从而减少水平位移，有效地防止路面开裂；影响 作用效果的主要因素是土工合成材料的刚度，并且刚度越高作用效果越好。 实施时通常将老路基边坡挖成一定宽度的内倾台阶后，沿道路纵向铺筑一定幅宽的土工格栅，使土工 格栅一半位于老路基上，另一半位于加宽路基上( 见图1 1 ) ，必要时还可采取向老路基中植入筋带的方法 加强新老路基间的连接。 l 图1 1 沈大高速公路加宽路堤土工合成材料铺设层位示意图 土工合成材料铺设层数和位置存在多种不同形式，如表1 2 。但其对加宽效果的影响有待进一步研究。 ( 2 ) 新路堤填料的选择 软基上高速公路加宽工程路基沉降主要源于软基沉降和自身压缩，二者性能的差异导致了新老路基差 异沉降的产生。这就要求加宽路堤填料要具有质轻、刚度大的特点。 孙四平等口q 对3 0 1 国道大庆卉齐哈尔公路加宽工程现场观测资料分析表明，采用粉煤灰轻质填料可以 显著降低新老路堤的差异沉降。 沪宁高速公路加宽工程中在部分深厚软基路段采用了轻质材料e p s 填筑新路堤，现场观测口目和数值分 6 第1 章绪论 析阿均表明e p s 填料可以有效降低对软基的扰动，进而减小新老路堤的差异沉降 尽管有文献证明了轻质填料在加宽工程中的优越性，但不同路堤填料、路堤填料的压实度( 对应于工 程实际中路堤的刚度) 等对软基上加宽工程变形特性的影响有待进一步研究。 表1 2 加宽或拼接工程中土工合成材料铺设层数和位置 加宽或拼接工程土工合成材料铺设层数和位置 路基底部铺设一层土工布和一层土工格栅，其中下层为土工格栅，上层为土工布，两层 广佛高速公路加宽工程口期 间距5 0 m ，中间填砂和风化土；横向铺设，纵向搭接宽度大于2 0 0 m 沈大高