【正文】 側(cè)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，新路向老路兩側(cè)填方拓寬。a 填方新路基設(shè)擋墻 b 填方新路基放坡圖 116 填方老路堤擋墻+雙側(cè)填方新路基1填方老路基＋單側(cè)填方新路基如圖 117 所示，為平原地區(qū)拓寬型式。利用中央分隔帶可以形成新老路基之間的不協(xié)調(diào)變形緩沖帶，但由于拓寬路基造成的老路基二次沉降同樣不可忽視。本章明確路基拓寬的設(shè)計方法，為新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的設(shè)計提供依據(jù)。與這類損壞模式相對應(yīng)的設(shè)計狀態(tài)為：結(jié)合面上的剪應(yīng)力結(jié)合面抗剪強度對這類損壞主要涉及滑動穩(wěn)定，需要在穩(wěn)定性分析中考慮。與這類損壞模式相對應(yīng)的設(shè)計狀態(tài)為：不協(xié)調(diào)變形引起的結(jié)合部路面基層頂面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力結(jié)合部路面基層彎拉強度（基層頂面受拉）不協(xié)調(diào)變形引起的結(jié)構(gòu)底面附加應(yīng)力＋結(jié)構(gòu)底面荷載應(yīng)力基層彎拉強度（基層底面受拉）老路基層頂面開裂其形成機理為拓寬路基在老路基頂面形成上凸形不協(xié)調(diào)變形，從而在老路基層頂面產(chǎn)生附加彎拉應(yīng)力，當(dāng)附加應(yīng)力超過基層彎拉強度時，即造成基層頂面的拉裂。與這類損壞模式相對應(yīng)的設(shè)計狀態(tài)為：結(jié)構(gòu)底面附加應(yīng)力＋結(jié)構(gòu)底面荷載應(yīng)力 基層彎拉強度 設(shè)計理論從上述分析可以看出，拓寬路基的損壞主要是新路基穩(wěn)定性不足和新老路基不協(xié)調(diào)變形造成的。而新老路基的不協(xié)調(diào)變形使得新、老路面結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下既承受荷載應(yīng)力，同時還承受結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力，新老路基不協(xié)調(diào)變形是路基拓寬工程產(chǎn)生病害最重要的、最根本的原因，有別于新建道路。 計算模型和方法行車荷載模型按我國現(xiàn)行路面設(shè)計規(guī)范，選用雙輪組單軸荷載 100kN 作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。不同軸載的作用次數(shù)，按相應(yīng)的路面損壞等效原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。網(wǎng)格劃分如圖 21 所示。將上步獲得的應(yīng)力場作為初始條件施加到模型中，將新路基單元殺死為空單元，對老路基和地基施加重力，實現(xiàn)在老路基和地基重力作用下的地壓平衡；（4）模擬施工工程，當(dāng)拓寬到某一層時再將該單元轉(zhuǎn)化為實單元，并施加重力，每步按照增量迭代法計算，得到施工結(jié)束后路堤頂面的沉降；（5）計算施工完成后路堤頂面的沉降；（6）整理沉降數(shù)據(jù)。路面結(jié)構(gòu)分析模型考慮到公路拓寬改建工程中，水泥混凝土路面的相對比例較低，本設(shè)計僅針對瀝青混凝土路面。分析路面結(jié)構(gòu)對不協(xié)調(diào)變形的力學(xué)響應(yīng)時采用三層體系，即面層、基層和底基層。邊界條件為在底基層底面豎直方向直接施加不協(xié)調(diào)變形，其它各邊自由。變坡率可以通過不協(xié)調(diào)變形進行計算，而且控制了路基頂面的變坡率即控制了路面結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力，因此，可以選擇“變坡率”作為路基拓寬設(shè)計的指標(biāo)。對于本項目分析的典型高等級瀝青路面結(jié)構(gòu)（如表21 所示） ，變坡率設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如表 22 所示，其他各項設(shè)計指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)與新建瀝青路面相同。 路基的設(shè)計參數(shù)取值拓寬路基的設(shè)計參數(shù)，主要包括：新老路基土的基本物理力學(xué)指標(biāo)包括新老路基土顆粒粒徑、容重、密度、塑限、液限、含水量，粘聚力及內(nèi)摩擦角，土基 CBR 值、回彈模量等。運用大型有限元程序 ABAQUS 計算路基的不協(xié)調(diào)變形時，采用的是線性Drucker－Prager 模型。分析中采用 DP 彈塑性模型來模擬土體的應(yīng)力－應(yīng)變特征，所以需要通過試驗來確定 DP 模型所需要的各計算參數(shù)。另外，對有粘聚力的土體，也可以選用剪切試驗。三軸試驗則可以獲得更精確的實驗數(shù)據(jù)。為確定材料的屈服參數(shù)，需要記錄下不同側(cè)向應(yīng)力時屈服位置的應(yīng)力和應(yīng)變，屈服應(yīng)力指試件開始出現(xiàn)非彈性特征時的應(yīng)力大小，如圖23 所示。 為三軸壓縮試驗的擬合直線對 軸的傾角， 是在K?pK同一 值水平下，拉伸試驗擬合直線確定的 值與壓縮試驗擬合直線確定的 之比。在三軸壓縮試驗中，所有主應(yīng)力都是負值，則其應(yīng)力q不變量是： （21）3/)2(1????p31???qqr?t圖 23 材料塑性參數(shù)的確定 圖 24 塑性參數(shù)的確定在三軸（間接）拉伸試驗中，主應(yīng)力大小排列為： 0 ，則應(yīng)力321???不變量為： （22）3/)2(1????p31???qqr?Kt/在不同側(cè)向壓力下得到一系列 、 數(shù)據(jù)，則可以獲得屈服面的形狀，如圖 2p5 所示。因為在平面應(yīng)變問題中，可以假設(shè) =1，可推出如下關(guān)系：K （23 ） ???tan9)(3tasin2??16 / 67 （24 ）dc???tan9)(3os2??圖 25 屈服面的確定當(dāng) ＝0 時，有? （25 ）??sin3ta? （26 ）cod當(dāng) 時，有?? （27 ）??2sin31tan?? （28 ）)si1(co2d路面各結(jié)構(gòu)層材料的設(shè)計參數(shù)各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、泊松比、厚度，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強度等。拓寬范圍內(nèi)軟土地基的設(shè)計參數(shù)如在平原軟土地區(qū)，需要進行地基處理設(shè)計時，通過鉆探、原位測試和室內(nèi)實驗的方法測定軟弱土層的深度，含水量，塑性指數(shù)，液性指數(shù)，孔隙比，壓縮模量，剪切強度， 滲透系數(shù)等指標(biāo)。其他設(shè)計參數(shù)對于不同的處治技術(shù)，應(yīng)根據(jù)處治技術(shù)所選取的材料，施工工藝等確定其設(shè)計參數(shù)，在后面章節(jié)中詳述。本指南不對拓寬路基的穩(wěn)定驗算作深入探討，必須注意的是在陡坡穩(wěn)定性分析中必須考慮新路基沿新老路基結(jié)合面的滑移穩(wěn)定性。新老路基結(jié)合最為特殊的情況是必須防止新路基沿結(jié)合面下滑，如圖 26 所示。 21dbacαα 1W22αE1α τ 1αNτTα圖 26 陡坡穩(wěn)定性分析驗算前，應(yīng)先判定滑動面的位置和形狀，并通過調(diào)查分析或試驗，取得較符合實際情況的可能下滑的計算參數(shù)（容重、單位粘聚力和內(nèi)摩擦角） 。將折線劃分為幾個直線段，路堤也按各直線段劃分若干土體（如圖 26 所示） ，從上側(cè)山坡到下側(cè)山坡，逐塊計算每塊土體沿直線滑動面的下滑力，按最后一塊土體的剩余下滑力的正負值來判斷路堤的穩(wěn)定性。隨后各塊土體的下滑力相應(yīng)為： })]sin({[1)]cos([ 1111 nnnnnn cltgENKT ????????? ??? ]icosi 1111 nnnnnnn LttgWEW?? （210）式中：角標(biāo)（n1）表示上一塊土體。En 平行于各相應(yīng)土塊的滑動面。 路基不協(xié)調(diào)變形和變坡率的計算按照 節(jié)所建立的路基計算模型和所示流程計算。在一般拓寬工程的設(shè)計中，也可以按照分層總和法計算出沉降極值，再對本《指南》所提出的“～”型曲線進行修正，近似地得出不協(xié)調(diào)變形。 路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分析按照 節(jié)所建立的路面計算模型分別計算老路路面利用與否時的路基不協(xié)調(diào)變形對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力。路面結(jié)構(gòu)的承受能力判定標(biāo)準(zhǔn)為：不協(xié)調(diào)變形引起的路面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力（＋標(biāo)準(zhǔn)軸載荷載應(yīng)力）≤半剛性基層設(shè)計彎拉強度其中，半剛性基層的抗彎拉強度按 計。所以，在老路路面結(jié)構(gòu)不利用的情況下，新老路基下凹形的不協(xié)調(diào)變形可導(dǎo)致老路基部分路面或者拓寬路基部分路面的基層底面彎拉開裂。所以該種情況下，路面結(jié)構(gòu)的損壞模式包括老路路面基層頂面的拉裂和新路基層底面的拉裂，以及當(dāng)新路基不協(xié)調(diào)變形的變坡率大于老路基不協(xié)調(diào)變形的變坡率時，新、老路面結(jié)構(gòu)結(jié)合部位的基層頂面將產(chǎn)生彎拉應(yīng)力；反之，新、老路面結(jié)構(gòu)結(jié)合部位的基層底面將產(chǎn)生彎拉應(yīng)力。通過交通量調(diào)查分析設(shè)計使用年限內(nèi)年交通量平均增長和標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。對舊路所經(jīng)地段重新進行水文、地質(zhì)調(diào)查，尤其是舊路上經(jīng)常出現(xiàn)損壞的地段（如軟基、水毀、滑坡、塌方等地段） 。調(diào)查舊路面的彎沉值、基層強度以及破損狀況，對其剩余強度進行評估，并進行必要的補強。在前幾項工作的基礎(chǔ)上，劃分設(shè)計路段，并選定相應(yīng)的路基拓寬方式和尺寸。進行結(jié)合部的處治設(shè)計，并對新填路基的穩(wěn)定性與路基的整體穩(wěn)定性進行驗算。運用有限元方法進行路基頂面的不協(xié)調(diào)變形分析，確保新老路基頂面的變坡率控制在容許范圍內(nèi)。結(jié)合原有路基、路面排水系統(tǒng)進行排水設(shè)計。不同條件下，新老路基不協(xié)調(diào)變形的組成不同，因而新老路基結(jié)合部的處治技術(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)的具體工程特點和各項措施的適用條件進行選擇。表 31 新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的初步分類增加厚度路面內(nèi)部處治提高抗變形能力（加筋、設(shè)置網(wǎng)片、…）結(jié)合面處理填料及壓實控制路基加筋路基內(nèi)部處治輕質(zhì)路堤地基處理外部處治支擋結(jié)構(gòu)設(shè)置分隔帶完善排水系統(tǒng)過渡性路面新老路基結(jié)合部處治技術(shù)綜合處治內(nèi)、外部綜合處治上表中的處治技術(shù)如果按新老路基結(jié)合部不協(xié)調(diào)變形的主要來源可分為針對新老路基結(jié)合部不良地質(zhì)條件的地基處理技術(shù)；針對新老路基結(jié)合強度不足的老路邊坡處理和結(jié)合部的加筋技術(shù)；針對路基自身的壓縮變形過大的控制路基填料和壓實度、采用輕質(zhì)路基等措施；如果新老路基結(jié)合部的不協(xié)調(diào)變形由上述幾種因素共同組成，則應(yīng)采取綜合處治技術(shù)（如表 32） 。舊路的拓寬改建中，新老路基結(jié)合部處治技術(shù)的設(shè)計和施工是整個改建工程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，因此，在實際拓寬改建工程中，需要精心設(shè)計，精心施工，確保工程質(zhì)量。因此， “變形協(xié)調(diào)與控制”是處治技術(shù)的核心。因而，新老路基結(jié)合部的處治技術(shù)應(yīng)當(dāng)從路基、路面、排水、支擋等各個方面進行統(tǒng)一考慮，突出“綜合處治”的思想。新老路基結(jié)合部處治的設(shè)計理論與施工技術(shù)應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。優(yōu)先考慮鋪設(shè)過渡性路面，待新老路基不協(xié)調(diào)變形穩(wěn)定后再重新鋪筑最終的路面結(jié)構(gòu)。 結(jié)合部處治設(shè)計施工準(zhǔn)備收集并熟悉老路沿線的地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象等資料，以及沿線地下管線、構(gòu)造物等的布設(shè)情況。檢測項目：（1）液限、塑限、塑性指數(shù)、天然稠度或液性指數(shù)（2）顆粒大小分析（3）含水量和密度（4）重型擊實試驗（5）強度（CBR 值）（6）有機質(zhì)含量和易溶鹽含量施工前，按照設(shè)計圖紙要求，恢復(fù)路線中樁，定出路基拓寬用地界樁、路堤坡腳、路塹頂、邊溝等具體樁位。新路基用地范圍內(nèi)的樹木、灌木叢等均應(yīng)在施工前砍伐或移植清理，砍伐的樹木應(yīng)移植于路基用地范圍之外，將樹根全部挖出，并將坑穴填平夯實。施工機械設(shè)備的準(zhǔn)備和調(diào)試。選取地質(zhì)條件、斷面型式具有代表性的拓寬地段修建試驗路基，試驗路基的長度不宜小于 100m，新路基填料厚度按 30cm 進行試驗，確定不同機具壓實不同填料的最佳含水量、適宜的松鋪厚度和相應(yīng)的碾壓遍數(shù)、最佳的機械配套和施工組織。應(yīng)事先做好截水溝、排水溝等排水及防滲設(shè)施。雨季施工或因故中斷施工時，必須將施工層表面修理平整并壓實。參考《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》 （JTJ017－96）中對路面工后沉降要求（表 41） ，可以路基拓寬工程中新老路基結(jié)合部容許差異沉降為控制指標(biāo)，如表 42 所示，如不滿足表 42 的要求時，應(yīng)針對差異沉降進行地基處理。拓寬部分地基處理方法的選取應(yīng)考慮以下幾個因素：（1）拓寬部分的地基狀況地基的土質(zhì)以及不良土層的構(gòu)成（厚度、排水層等）條件。（3）施工條件工期、材料供應(yīng)、施工機具的作業(yè)條件等。25 / 67（5）各種地基處理方法的適用條件、優(yōu)點及局限性道路拓寬改建工程常用的地基處理方法、原理及適用條件如表 43 所示。表 43 結(jié)合部不良地基常用的處理方法地基處理方法 原 理 適用條件換填法把拓寬路基基底下一定淺層范圍內(nèi)的不良地基土部分或全部挖出，用砂、碎石、灰土、礦渣等強度高、滲透性好的粒狀材料回填，可以增加結(jié)合部地基表層強度，防止地基局部剪切變形 結(jié)合部地基由厚度小于3m 的不良土組成且易于挖出，拓寬路基填筑高度較低拋石擠淤法 采用不易風(fēng)化的石料強迫使淤泥向兩旁擠出適用于軟土層位于水下3m 內(nèi)，稠度遠超過液限，呈流動狀態(tài)的路段，淤泥較厚時慎用排水固結(jié)法（預(yù)壓法）在地基中設(shè)置豎向排水系統(tǒng)（如插置塑料排水板、袋裝砂井）和水平向的排水系統(tǒng)（砂墊層） ，再利用逐級填筑的路基土或真空預(yù)壓使地基土體排水固結(jié)、產(chǎn)生固結(jié)沉降使土體強度增長，地基承載力提高，結(jié)合部地基的固結(jié)沉降在施工期間基本完成厚度超過 5m 的軟粘土、淤泥和淤泥質(zhì)土地基，工期長，會對老路基有一定的影響，應(yīng)慎用粒料樁使用振沖器在高壓水流作用邊振邊沖在地基中成孔，在孔內(nèi)填入碎石、卵石等粗粒料且振密成碎石樁。新老路基結(jié)合部地基處理設(shè)計流程圖：拓寬路基 天然地基條件天然地基是否滿足要求 天然地基經(jīng)濟、技術(shù)比選