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近二十年来,我国公路建设发展迅猛,同时也面临越来越多的公路改扩建工程。一方面,
由于路基拓宽工程在新老路基的填料、地基等方面存在差异,容易形成特有的路基路面病害,
从而影响道路的使用性能和使用寿命。另一方面,有关路基拓宽和新老路基结合部处治技术
方面的理论研究相对缺乏,现行设计、施工规范涉及较少。因此有必要对路基拓宽设计理论
与方法进行深入研究。
在对既有工程及相关资料调研的基础上,采用概化分析方法,考虑地形和地基条件、拓
宽范围、新老路基填挖形式、新老边坡类型和共同作用层厚度等因素对路基拓宽方式进行了
系统的分类和总结。通过现场调研和测试,对路基拓宽工程病害的成因机理进行了分析,表
明,相关病害通常是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、路基稳定性和水文、地质条件等多种因素共同作用的结果,但新老路基之间的不
协调变形和不良结合是导致产生病害的主要原因。
论文对路基拓宽工程中新老路基的不协调变形的主要来源、计算模型和形态特征等进行
了深入研究。路基不协调变形的主要来源包括新路基的压缩变形、新老路基的地基固结变形
差异以及新老路基结合部的蠕滑或滑移等三个方面;计算模型考虑有限元计算方法,采用单
元生死技术获得地基初始应力,全过程模拟施工工序,综合考虑地基三维固结理论和路基岩
土体的非线性本构关系;通过理论数值模拟并结合现场调查和室内模拟试验,揭示了新老路
基不协调变形的总体特征,即老路堤的不协调变形呈上凸状,新路堤的不协调变形呈下凹状,
路基顶面的不协调变形总体呈“~”形。
以路基不协调变形作为路面结构层底的约束条件,采用平面有限元方法,系统分析了
“~”形的路基不协调变形对道路路面结构的影响。结果表明,该不协调变形在沥青路面中产
生结构附加应力,表现为基层底面拉应力、基层顶面拉应力以及新老路基结合部的应力集中
等三种方式。在确定路基拓宽工程设计状态的基础上,建立了以新老路基顶面不协调变形(变
坡率)为设计指标,以基层顶面或底面弯拉应力为验算指标的“基于不协调变形控制的路基
拓宽设计理论、方法、指标和标准”。最后根据新老路基不协调变形的来源和组成,明确了
不协调变形的控制途径,提出了新老路基结合部处治的基本技术思想和一系列实用技术措
施,并在重庆、上海等地得到成功应用。
论文所提出的基于不协调变形控制的路基拓宽设计理论和方法,为今后相关公路路基拓
宽工程的设计提供了有价值的参考和有效的技术支持,具有一定的经济效益和社会意义。
关键词:路基拓宽;新老路基;不协调变形;路面结构响应;设计方法;处治技术