长余高速公路2002年建成通车,运行17年,已过大修期。同时,面临日易增长的交通量,需通过扩宽提高服务水平。高速公路的拓宽面临着新旧路基差异沉降问题,进而导致路面结构受力过大而开裂。同时,长余高速公路位于季冻区,大气温湿度周期性的变化会影响路基的工作状态。因此,考虑季冻区的气候特点,针对长余高速公路拓宽工程,提出相应的控制指标与方法来确保路面结构的结构性使用性能和功能性使用性能,是我们面临的一大难题。鉴于此,本文通过现场监测与数值模拟相结合的技术手段,结合长余高速公路拓宽工程,针对拓宽路基的水-热-力耦合、差异沉降发生模式、差异沉降下的路面结构力学响应等科学问题展开研究,主要研究内容及取得的成果如下:(1)拓宽路基的水、热场变化规律。首先,结合工程实际情况,建立了远程无线传输监测系统,进行了现场拓宽断面温、湿度、应力与变形等物理量的监测与分析;其次,建立了拓宽路基的水热耦合分析数值模型,并利用现场数据验证了模型的可靠性,并预估、分析了长余高速拓宽工程水热场随随时间、空间的变化。(2)长余高速公路拓宽路基的差异沉降发生模式。首先,基于拓宽路基水-热耦合的研究成果,综合考虑路基水、热场变化和地基固结沉降所导致的变形,实现了长余高速公路拓宽路基的水-热-力耦合。其次,基于水-热-力耦合数值模型,研究了施工期长短、路基填高、地下水位深度、台阶开挖高度以及冻融循环次数对拓宽路基工后差异沉降的影响,并通过数据统计分析,提出可采用一元二次多项式即抛物线的形式作为长余高速公路拓宽路基的工后差异沉降发生模式,并给出了相应的预估公式。(3)长余高速公路拓宽路基的差异沉降控制标准与方法。首先,分别考虑了现场有、无路面结构拼接的工况,建立了考虑接触与不考虑接触的路面力学响应模型。其次,结合差异沉降发生模式,研究了有无路面拼接、基层厚度以及不同差异沉降值下路面结果的力学响应;再次,提出两种路面结构需区分对待,有拼接工况下的路面结构的最不利位置在面层接缝底部,而一体化路面结构的最不利位置在基层顶部;进而,基于材料的力学性能,针对一体化路面,提出最大容许工后差异沉降值为5.44cm,有拼接的路面结构的路基工后容许最大差异沉降值按接缝位置处粘结剂的抗拉强度取值;最终,针对地下水位较浅的拓宽断面,在新路地基处采用碎石桩复合地基工法,确定了该法对拓宽路基工后差异沉降控制的有效性,并建议相应的桩间距为1.75m。