新老路基结合部处治技术施工指南终Word文档格式.docx

1、（9）新老路基结合部的路面辅助处治措施与排水凡与新建路基工程相同之处，本指南不再赘述。1.2 新老路基结合的主要方式按照地形地基条件、路基的拓宽范围（双侧或单侧）、新老路基填挖型式（填方或挖方）、新老边坡类型（自然放坡或设支挡结构）、共同作用层厚度（共同填高层或挖方层厚度），可以将路基拓宽、新老路基结合方式分为17大类、36小类。各分类方式的图示和特征如下（图中，h为共同作用层厚度；b-o、b-n分别为老路基和新路基的宽度）。在实际工程中，可根据具体的工程特点，合理选取下述某种拓宽方式进行公路的拓宽改建。1、挖方老路基挖方新路基如图1-1所示，为山区非陡坡道路单内侧挖方拓宽方式。新、老路基均完

2、全由挖方形成，但两者可以因路基标高不同，有不同的共同作用层厚度。此类拓宽方式由于新老路基的总体相近，由新老路基不协调变形而引起的病害较为少见，其主要问题是内侧道路挖方所造成的排水不良。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基图1-1 挖方老路基+挖方新路基2、挖方老路基+填方新路基如图1-2所示，为山区非陡坡道路单外侧填方拓宽型式。老路基为全路堑型式，新路基由自然放坡而成。拓宽路基填料多选用就近路段的挖方体，新、老路基在填料类型、压实度等方面均存在一定的差异；非陡坡的拓宽还可能处于洪积层、坡积层等软弱地基区域，此时与平原软土地基的路基拓宽存在类似的问题。图1-2 挖方老路基+填方新路基3、半填

3、半挖老路基+挖方新路基如图1-3所示，为山区非陡坡道路单内侧挖方拓宽型式。老路基为半填半挖，新路基由挖方形成。此类拓宽方式和拓宽方式1存在相同的问题。4、半填半挖老路基+填方新路基如图1-4所示，为山区非陡坡道路单外侧填方拓宽型式。老路基为半填半挖，新路基为填方，这类拓宽方式的核心问题在于同一断面上的路基土存在较大差异：老路基挖方部分为山体开挖的原状土且经多年行车荷载作用，老路基填方部分也经过多年固结和行车荷载作用，而新路基则是自然放坡的新填路基，固结度小，潜在变形较大。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基图1-3 半填半挖老路基+挖方新路基。图1-4 半填半挖老路基+填方新路基5、填方老

4、路堤+挖方新路基如图1-5所示，为山区非陡坡道路单内侧挖方拓宽型式。这类拓宽方式的主要问题一是新、老路基性能差异大，二是新老路基结合面为原自然边坡，相对薄弱。图1-5 填方老路堤+挖方新路基6、填方老路堤+填方新路堤如图1-6为山区非陡坡道路单外侧填方拓宽型式。其主要问题是新、老路基填筑年代不同，一方面两者在填料和压实度方面可能存在差异；另一方面两者的固结程度也不同，易发生工后不协调变形，导致相关病害。7、挖方老路基+两侧拓宽新路基如图1-7所示，为山区非陡坡道路双侧拓宽型式。老路基为挖方路基，新路基则一侧为挖方路基，另一侧为填方路基。这类方式兼有填方拓宽和挖方拓宽的特点。图1-6 填方老路堤

5、+填方新路基图1-7 挖方老路基+两侧拓宽新路基8、半填半挖老路基+两侧拓宽新路基如图1-8所示，为山区非陡坡道路双侧拓宽型式。老路基为半填半挖，老路内侧为挖方拓宽，外侧为自然放坡填方拓宽。这类拓宽方式在道路横断面上形成4种不同的路基类型，即挖方新路基、挖方老路基、填方老路基和填方新路基，它们在路基材料、压实度和固结程度等方面都存在差异，从而导致路基路面的不协调变形。图1-8 半填半挖老路基+两侧拓宽新路基9、填方老路堤+两侧拓宽新路基如图1-9所示，为山区非陡坡道路双侧拓宽型式。老路基为填方路基，老路内侧为挖方路堑拓宽，外侧为自然放坡填方拓宽。此种型式兼有挖方拓宽和填方拓宽的特点。10、路堑

6、老路堤+单侧挖方新路基如图1-10所示，为山区全路堑老路基单侧拓宽型式。由于新路基、老路基均为挖方路堑拓宽，除挖方区域属不良地基条件，新老路基的地基条件一般差异不大，但仍需要重视路基路面排水。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基图1-9 填方老路堤+两侧拓宽新路基图1-10 路堑老路堤+单侧挖方新路基11、路堑老路堤+双侧挖方新路基如图1-11所示，为山区全路堑老路基双侧拓宽型式。型式与结合方式10相似，只是从单侧拓宽变为双侧拓宽。由于挖方拓宽通常需重新设置边坡防护，因此对双侧拓宽来说，边坡防护工程量要大于前者。图1-11 路堑老路基+双侧挖方新路基12、路堑老路基+外侧拓宽如图1-12所

7、示，为山区陡坡单外侧拓宽型式。老路基为挖方，拓宽处分别设置了支挡结构（如重力式挡土墙）、栈桥结构、填土放坡。该三类结合方式所处地形通常较为陡峻。设置挡墙的结合方式应首先确保挡墙本身的稳定性，另外还需注意墙背填料填筑时的施工质量、填料的级配等要求，以控制墙背填料的工后差异沉降；栈桥型式拓宽，拓宽部分须建造成桥梁结构型式，建筑成本有所上升，但通常相应病害会减少较多；外侧拓宽处放坡需要大量土石方，投资上不经济，且施工困难，对该处原地面产生的附加荷载大，极易产生拓宽处放坡路堤与老路基间的过量差异沉降，从而造成路面相关病害。a 外侧拓宽设挡墙 b 外侧拓宽设栈桥 c 外侧拓宽放坡图1-12 路堑老路基+

8、外侧拓宽13、半填半挖老路基外侧拓宽设挡墙如图1-13所示，为山区陡坡单外侧拓宽型式。老路基为半填半挖型式，填方部分采用放坡型式或者设置支挡结构，而新路基均为在外侧拓宽处设置支挡结构。当老路填方采用外侧放坡型式时，给新路外侧拓宽处挡墙的设置创造了一定的有利条件。除非老路填方边坡本身存在明显稳定问题和施工质量问题，已出现一些病害，此时挡墙设置应考虑尽可能埋设至老路基的地基层面中，一般正常情况下可适当减小挡墙高度，以节省工程造价。而当老路填方部分设置支挡结构时，由于地处陡坡区域，新设置的挡墙通常需建造得较高，且新老挡墙间的墙背填筑施工难度较大，通常不易压实，拓宽路基易形成工后压密变形。a 老路基放

9、坡 b老路基设挡墙图1-13 半填半挖老路基+外侧拓宽14、半填半挖老路基外侧拓宽放坡如图1-14所示，为山区陡坡单外侧拓宽型式。老路基为半填半挖型式，填方部分在路基外侧设置挡土墙或者采用放坡型式，新路基均为在外侧拓宽处采用放坡型式。由于地处陡坡区域，该拓宽方式填土石方量均较大。当老路基填方部分外侧设置挡墙时，新路拓宽时填筑的土、石方量相当巨大，对当地地形地貌改变较大，由于路堤填土引起的道路地基受到的附加荷载相当明显，若该处地基本身属于不良地基，则更易造成地基的二次固结变形和填筑体本身的压密变形，新、老路基间不可避免地产生相当的差异沉降，路面面层通常会在通车后一段时间内产生相关病害；当老路基填

10、方部分采用放坡型式时，由于新路基拓宽宽度不大，而路堤填筑深度较大，填筑体形状成狭长形（当地称“一把刀”），施工难度大，常用的道路压实机具无法展开施工，因此压实度难以保证，易留下质量隐患，也易出现新老路基结合不良的相关病害。a 老路基设挡墙 b 老路基放坡图1-14 半填半挖老路基+外侧拓宽放坡15、填方老路堤放坡+填方新路基放坡如图1-15所示，为平原地区拓宽型式。老路基为全填方放坡的路堤型式，新路基为单、双侧填方放坡拓宽。平原地区拓宽宽度通常不受山区地形限制，若新老路线形不变，新路断面布置时可以考虑在新老结合部路表位置设置一些容许差异沉降的分隔带，如中央分隔带、机非分隔带等沉降隔离设施。由于

11、平原地区软弱地基较为普遍，新路基荷载易使老路基发生二次沉降，从而在老路路面内产生附加应力，造成路面的损坏。a 单侧拓宽 b 双侧拓宽图1-15 填方老路堤放坡+填方新路基放坡16、填方老路堤挡墙+双侧填方新路基如图1-16所示，为平原地区拓宽型式。老路为填方路基，两侧设置支挡结构，新路向老路两侧填方拓宽。其主要问题是利用了老路挡土墙，由于挡土墙墙面的直立特性，新老路基沉降的过渡范围几乎没有，因此在老挡墙与新路基交界处易发生沉降突变，相关病害（如纵向裂缝）也往往发生在此附近。a 填方新路基设挡墙 b 填方新路基放坡图1-16 填方老路堤挡墙+双侧填方新路基17、填方老路基单侧填方新路基如图1-1

12、7所示，为平原地区拓宽型式。此类结合方式在新路断面中均设置了中央分隔带。利用中央分隔带可以形成新老路基之间的不协调变形缓冲带，但由于拓宽路基造成的老路基二次沉降同样不可忽视。a 老路基放坡新路基挡墙 b 老路堤挡墙新路基放坡c 老路基挡墙新路基挡墙图1-17 填方老路堤+单侧填方新路基第二章 路基拓宽的设计方法在公路不同的拓宽路段，由于拓宽方式、地质条件、老路基高度和边坡等的差异，新老路基结合部采用的处治技术也不尽相同，针对不同的外界条件，各种处治技术的设计也存在差异，但无论采用何种处治技术，其设计理论和方法，设计指标与控制标准，以及设计参数取值都必须以拓宽路基的设计为基础。本章明确路基拓宽的

13、设计方法，为新老路基结合部处治技术的设计提供依据。2.1 路基拓宽的设计计算理论2.2.1 拓宽道路的损坏模式与拓宽设计状态新老路基结合部常见的特有损坏模式及成因机理：1、新老路基结合部剪切开裂其形成机理通常与各种原因引起的新老路基结合面滑移有关。与这类损坏模式相对应的设计状态为：结合面上的剪应力结合面抗剪强度对这类损坏主要涉及滑动稳定，需要在稳定性分析中考虑。2、新老路面结合部弯拉开裂其形成机理为新老路基顶面不协调变形呈“”型，在新老路面结合部产生不协调变形变坡率的变化，从而在新老路面结合部的基层顶面或底面产生附加弯拉应力，当附加应力超过基层弯拉强度时，即造成结合部基层顶面或底面的拉裂。不协

14、调变形引起的结合部路面基层顶面结构附加应力结合部路面基层弯拉强度（基层顶面受拉）不协调变形引起的结构底面附加应力结构底面荷载应力基层弯拉强度（基层底面受拉）3、老路基层顶面开裂其形成机理为拓宽路基在老路基顶面形成上凸形不协调变形，从而在老路基层顶面产生附加弯拉应力，当附加应力超过基层弯拉强度时，即造成基层顶面的拉裂。路基变形引起的老路基层顶面结构附加应力老路基层弯拉强度4、新（老）路基层底面开裂其形成机理为新（老）路基顶面形成下凹形不协调变形，在新（老）路基层底面产生结构附加应力，当该附加应力和行车荷载在基层底面产生的荷载应力叠加后超过基层弯拉强度时，即造成基层底面的拉裂。结构底面附加应力结构

15、底面荷载应力基层弯拉强度2.1.2 设计理论从上述分析可以看出，拓宽路基的损坏主要是新路基稳定性不足和新老路基不协调变形造成的。拓宽路基的稳定性问题采取与新建路基相似的方法分析，通过设计验算加以考虑，本指南对拓宽路基的稳定问题不做重点讨论。而新老路基的不协调变形使得新、老路面结构在行车荷载作用下既承受荷载应力，同时还承受结构附加应力，新老路基不协调变形是路基拓宽工程产生病害最重要的、最根本的原因，有别于新建道路。因此，新老路基结合部各种处治技术的设计思想是基于控制不协调变形为设计理论的。2.1.3 计算模型和方法1、行车荷载模型按我国现行路面设计规范，选用双轮组单轴荷载100kN作为标准轴载。

16、其他设计参数为：双轮组轮载为50kN，轮胎接触路面的压强为0.70MPa，接触面积的当量圆直径为21.3cm，双轮的中心距为31.95cm（1.5倍当量圆直径）。不同轴载的作用次数，按相应的路面损坏等效原则换算成标准轴载的作用次数。2、路基分析模型基本假定：（1）按照平面应变问题进行考虑，进行二维有限元分析；（2）土体为弹塑性材料，采用修正的D-P模型进行模拟；（3）新老路基结合部处治较好，不会因为稳定性不足而出现滑移，接触条件为完全连续；（4）老路基和地基的初始应力场由老路基和地基的自重荷载产生；（5）边界条件：地基底面两个方向均为约束，地基宽度外侧水平向约束，如双侧拓宽则进行对称性分析（路

17、堤中心线处加对称约束）；地基宽度外侧及地表为透水边界，地基底面为不透水边界。网格划分如图2-1所示。模型的计算流程如下：（1）将新老路基单元均杀死（kill、remove）为空单元，对地基部分施加重力，实现地基在自身重力作用下的地压平衡；（2）将老路堤转化为实体单元，施加重力，得到在老路基自重荷载作用下的应力场；图2-1 网格划分示意图（3）保持原模型和网格划分不变，重新进行计算。将上步获得的应力场作为初始条件施加到模型中，将新路基单元杀死为空单元，对老路基和地基施加重力，实现在老路基和地基重力作用下的地压平衡；（4）模拟施工工程，当拓宽到某一层时再将该单元转化为实单元，并施加重力，每步按照增

18、量迭代法计算，得到施工结束后路堤顶面的沉降；（5）计算施工完成后路堤顶面的沉降；（6）整理沉降数据。新路基部分的不协调变形为新路堤荷载作用下的路堤顶面工后沉降，老路基部分的不协调变形则按照老路路面的利用原则分别进行整理。3、路面结构分析模型考虑到公路拓宽改建工程中，水泥混凝土路面的相对比例较低，本设计仅针对沥青混凝土路面。新老路基顶面不协调变形引起的路面结构附加应力的计算采用有限元法。分析路面结构对不协调变形的力学响应时采用三层体系，即面层、基层和底基层。计算中采用如下假定：（1）路面各结构层为连续均质、各向同性的线弹性材料，力学特性用弹性模量E和泊松比表征；（2）路面各结构层在垂直方向完全连

19、续，即不协调变形随时间而缓慢增长，路面各结构层在行车荷载与自重作用下随之下沉，层间不会出现脱空现象；沥青面层和基层、基层和底基层之间接触条件为完全连续，底基层和地基之间为光滑接触条件；（3）按平面应变问题进行分析采用平面八节点等参单元，面层厚度方向只划分为1层，基层和底基层划分为2层，网格划分图如图2-2所示。边界条件为在底基层底面竖直方向直接施加不协调变形，其它各边自由。图2-2 平面有限元分析网格划分示意图2.2 路基拓宽的设计指标和控制标准路面结构附加应力是由新老路基不协调变形引起的，而表征这种不协调变形的指标则是新老路基顶面的“变坡率”，即指设计使用年限内，路基顶面单位宽度内的横向坡度

20、改变量。变坡率可以通过不协调变形进行计算，而且控制了路基顶面的变坡率即控制了路面结构的附加应力，因此，可以选择“变坡率”作为路基拓宽设计的指标。以基层开裂为控制状态时，路基顶面变坡率的控制标准与老路路面结构是否利用以及新老路面结合状态有关。对于本项目分析的典型高等级沥青路面结构（如表2-1所示），变坡率设计标准如表2-2所示，其他各项设计指标和标准与新建沥青路面相同。表2-1 典型路面结构和材料参数结构层 项目沥青混凝土面层二灰碎石基层石灰土底基层弹性模量E（MPa）12001400600续表2-1泊松比u0.3重度（g /cm3）2.0厚度h（cm）124030表2-2 路基拓宽的变坡率设计

21、标准老路路面结构利用情况新老路面结合状况路基顶面变坡率设计指标（）老路基新路基不利用0.4利用分离1.50.5结合-0.18新、老路基变坡率差值0.43注：仅针对高等级半刚性基层沥青路面。2.3 路基的设计参数取值拓宽路基的设计参数，主要包括：1、新老路基土的基本物理力学指标包括新老路基土颗粒粒径、容重、密度、塑限、液限、含水量，粘聚力及内摩擦角，土基CBR值、回弹模量等。测试方法严格按现行公路土工试验规程执行。运用大型有限元程序ABAQUS计算路基的不协调变形时，采用的是线性DruckerPrager模型。下面对这种模型及其计算取值做一简要说明。分析中采用DP弹塑性模型来模拟土体的应力应变特

22、征，所以需要通过试验来确定DP模型所需要的各计算参数。最简单的DP模型（如本文采用的线形DP模型）至少需要两个试验，对土体材料，最常用的试验是单轴压缩试验和三轴压缩试验。另外，对有粘聚力的土体，也可以选用剪切试验。单轴压缩试验即在两钢板之间对试件进行压缩，记录加载方向上的荷载和位移大小，并记录下侧向位移以便计算试件的体积变化。三轴试验则可以获得更精确的实验数据。通过三轴仪固定侧向应力，在不同侧向应力水平下记录加载方向的荷载值和应变值以及侧向应变值。为确定材料的屈服参数，需要记录下不同侧向应力时屈服位置的应力和应变，屈服应力指试件开始出现非弹性特征时的应力大小，如图2-3所示。实际应用中还需要通

23、过对三轴试验数据的线性拟合获得DP材料的（内摩擦角）、值，如图2-4所示。为三轴压缩试验的拟合直线对轴的倾角，是在同一值水平下，拉伸试验拟合直线确定的值与压缩试验拟合直线确定的之比。其中，、为应力不变量。在三轴压缩试验中，所有主应力都是负值，则其应力不变量是： （2-1）图2-3 材料塑性参数的确定 图2-4 塑性参数的确定在三轴（间接）拉伸试验中，主应力大小排列为： 0，则应力不变量为： （2-2）在不同侧向压力下得到一系列数据，则可以获得屈服面的形状，如图2-5所示。对于平面应变问题，也可以通过MohrCoulomb模型中的材料参数获取DP材料参数。因为在平面应变问题中，可以假设=1，可推

24、出如下关系： （2-3） （2-4）图2-5 屈服面的确定当0时，有 （2-5） （2-6）时，有 （2-7） （2-8）2、路面各结构层材料的设计参数各结构层材料的抗压回弹模量、泊松比、厚度，沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度等。按现行公路沥青路面设计规范（JTJ01497）的规定测试。3、拓宽范围内软土地基的设计参数如在平原软土地区，需要进行地基处理设计时，通过钻探、原位测试和室内实验的方法测定软弱土层的深度，含水量，塑性指数，液性指数，孔隙比，压缩模量，剪切强度， 渗透系数等指标。按现行公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ 01796）测定。4、其他设计参数对于不同的处治技术，应根据

25、处治技术所选取的材料，施工工艺等确定其设计参数，在后面章节中详述。2.4 路基拓宽的设计方法2.4.1 拓宽路基稳定性分析拓宽路基的稳定性分析与新建路基相同，设计和分析方法详见相关设计规范（公路路基设计规范（JTJ01395）、公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ01796）等）和手册（公路设计手册路基）。本指南不对拓宽路基的稳定验算作深入探讨，必须注意的是在陡坡稳定性分析中必须考虑新路基沿新老路基结合面的滑移稳定性。与新建路堤相同，在地面坡度较大时，除应保证路堤边坡稳定外，还要预防路堤沿地面陡坡下滑。新老路基结合最为特殊的情况是必须防止新路基沿结合面下滑，如图2-6所示。在稳定性不足时，需因地制宜地采取适当的加固措施。图2-6 陡坡稳定性分析验算前，应先判定滑动面的位置和形状，并通过调查分析或试验，取得较符合实际情况的可能下滑的计算参数（容重、单位粘聚力和内摩擦角）。若老路基抗剪强度比新路基高，则滑动面在路基内部为ab，反之则为cd（如图2-6所示）。将折线划分为几个直线段，路堤也按各直线段划分若干土体（如图2-6所示），从上侧山坡到下侧山坡，逐块计算每块土体沿直线滑动面的下滑力，按最后一块土体的剩余下滑力的正负值来判断路堤的稳定性。第一块土体的下滑力可按式（2-9）算得： （2-9）E1平行于第一段滑动面。随后各