一、高等级公路路基加宽常见病害 高等级公路改扩建工程中，新老路基衔接不良可能会导致新加宽路基失稳、路面损坏、路面整体性能下降等病害。   1.新加宽路基失稳   新加宽路基失稳，主要表现为加宽路基沿新老路基结合面发生滑移，严重时甚至发生整体坍塌。这种病害容易发生在山区陡坡地形、软弱地基、高填方路堤等加宽路段。当加宽路基沿结合面滑移量较小时，新老路基结合面会产生错台，导致新老路基结合部位的路面开裂，雨水由裂缝渗入，结合面强度急剧降低，给路基稳定性留下更大的隐患；当路基滑移量较大、甚至整体坍塌时，会造成加宽路面整体破坏，甚至使既有路基相继出现失稳，致使既有路面也发生结构损坏和使用功能的下降。   2.路面损坏   高等级公路改扩建沥青路面损坏，主要表现为出现面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等症状，严重时会产生沿结合面走向的纵向裂缝。路面损坏是高等级公路改扩建工程中最常见的病害形式之一。路基的变形不协调会通过路面结构层反映出来，所以大多数路面病害都是路基病害的反映。   水泥混凝土路面损坏主要表现为出现唧泥和脱空现象，进一步发展会引起结合面附近出现纵缝、裂缝处板块断裂以及裂缝的扩展。由于结合部位两侧的新老路基沉降速率不一致，沉降量不同，导致结合部位存在应力突变、集中现象，弯拉应力大而结合界面强度较低会在该处开裂错台；另外，新加宽路基边坡坡角在填土自重作用下逐渐发生侧向位移，进一步带动其上的填土产生沉降和侧向位移，使整个加宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。这两方面因素的作用会在交界处形成纵向裂缝。   新老路基结合部位施工工艺较复杂，施工难度较大，往往在此产生人为的质量因素，如密实度达不到设计标准等，也是产生裂缝的原因之一。同时，在软土地区进行路基加宽改建，其中原路基底部地基土的沉降固结状态、加宽路基的水文物理力学性能、加宽路基新增的作用力对沉降变形的影响等为导致路面开裂的主要因素。   根据高等级公路改扩建工程一般断面布置形式(图3－2)以及地基新增荷载分布情况，采用地基弹性理论方法以及考虑应力历史影响的沉降计算方法进行定性分析研究，可知原公路因增设补强层和铺筑新面层，增加了下部(1区)土基的压力P1，加宽部分(Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区)地基相应外加的压力分别为P1、P2、P3。这些荷载使地基沿路基横断面方向发生不均匀沉降，其中S2、S3、S4大于S1。   当路基压力大于地基极限承载力时会在路基坡脚附近(图中V区，可能在坡脚内，也可能在坡脚外)发生沉降(S4)，同时还会引起V区外的VI区地基隆起，这时路堤将因沉降变形过大使高等级公路发生严重的损坏。   由于地质条件差，导致新老路基底部地基因荷载的增加产生沉降(S1、S2、S3、S4)。但原路基下的地基，因在改造时固结沉降基本完成并且所增加的荷载远小于新加宽部分，其沉降量大大小于新加宽部分地基的沉降(S2、S3)；新路基本身所用的填筑材料、压实度等因素，会造成新路堤本身出现沉降；因施工工期短，地基及新路基的固结下沉未到位，工后沉降大；工后新老路基出现差异沉降，路基失去稳定，表现为路堤内的破裂面(顶部破裂面)在老路堤范围向外的土体下沉侧移，将路面拉裂造成纵向开裂。   3.路面整体性能下降   随着路面病害的产生和道路纵横坡的变化，道路结构性能和服务性能也随之下降。当路面状况指数(PCI)、结构承载力、平整度等下降到一定程度时，还将影响行车安全。另外，就新老路基结合方式而言，在产生相同变形的前提下，双侧加宽产生的病害数量多，比单侧加宽更不利。   二、加宽路基病害机理分析 高等级公路改扩建工程路基加宽出现的各种病害，其产生的原因与地质勘察、设计施工等有关。按照病害的类型，可以从稳定性和变形两个方面分析其产生机理。   1.稳定性不足   稳定性不足是指加宽路基自身稳定性不能满足稳定要求，或者新老路基结合部结合强度不足。主要表现为如下方面。www.tmgc8.com       图3—3　地基过陡时的道路加宽   a)重力式挡墙；b)加筋土挡墙   (1)地基坡面过陡   在山区加宽工程中，地形条件复杂，经常需要在陡坡地基上进行加宽路基的填筑(图3－3)。为保证加宽路堤的稳定性，加宽常采用重力式挡墙或者轻型挡墙的支挡结构。当原地基边坡存在潜在破裂面或滑移面时，加宽路基将沿此破裂面或滑移面产生滑移，从而导致整体失稳；地基土的抗剪强度会因雨水浸入湿化，在干湿循环、冻融循环等外界因素的影响下降低；进行支挡结构设计时，获取的道路沿线地质资料不够完整，因此挡墙设计一般以经验为主，对挡墙缺乏必要的稳定性验算，实际施工时基础埋深随意性强，影响支挡结构的稳定性。   (2)地基存在软弱下卧层   当地基存在软弱下卧层，如压缩系数大、流变性显著的软土时，新老路基结合部结合强度不足，从而产生自结合面至软弱层顶面的滑动面(图3－4)。另外，软弱下卧层具有流变性，侧向变形大，软弱地基土向路堤外侧挤出，加宽路基坡脚出现起拱现象，并伴随塑性区域的开展，最终导致边坡失稳。   (3)新老路基结合部强度不足   新老路基结合部强度不足主要体现在以下几个方面(图3－5)。   ①新老路基结合部施工工艺较复杂，施工难度较大，往往在此产生人为的质量因素，如密实度达不到标准、开挖台阶没有达到设计要求、老路基边坡没有处理完全等。因此，各种施工原因造成了结合部的强度不足。       图3—4  地基存在软弱下卧层使的道路加宽       图3－5　新老路基结合部强度不足示意图   ②在新老路基结合部没有设置土工合成材料(如土工格栅、土工格室等)，或土工合成材料和填土之间的摩擦力较小，或土工合成材料埋人新老路基的长度不够，致使其未能充分发挥加筋性能。   ③加宽路基填料较差，抗风化性能、抗淘蚀性能不足。施工过程中，路基填料多半就近选取，对材料粒径、级配及材料本身的物理力学性质等方面控制不严，填料中含有有机植物根茎及腐蚀性耕植土的现象较为普遍。山区路基填土多为土石混合料，对路表水和地下水有一定渗透能力，填料中细颗粒材料通常占很大比重，渗水时易发生淘蚀。   ④排水设施不完善，设施布置不合理，导致地表水下渗，形成滞水、积水和渗水。路基土受水浸泡而湿软，强度急剧下降。另外，山区暴雨可能造成坡体发生很小的坍塌，淤塞道路内侧边沟，养护不及时可导致路基上侧雨水漫过路面，雨水可能从路面渗入路基。若路面已经开裂，雨水自裂缝进入路基，加剧裂缝扩张并导致路基强度下降。   因此，当地基地形和地质条件不佳时，加宽路基容易出现和一般新建路基相同的稳定性问题，这些均可以通过详尽的地质勘查、认真设计和严格施工来避免。而加宽路基稳定性的特殊影响因素表现在新老路基之间的结合强度，它和老路边坡及原路表的处理、台阶的开挖、加筋的设计和施工、排水设施设计和养护的完善、填土的质量等均有关系。   2.变形不协调   新老路基变形不协调以不均匀沉降为主，是地基和路堤的固结沉降与压缩变形的空间差异在路基顶面的反映。按照变形形成的原因来分类，新老路基变形不协调主要由三个方面组成。   (1)新老路基的自身压缩变形。产生主要原因是填土的压实度不足、填石路堤咬合状态不好而发生滑移，或者路堤采用压缩性大而固结时间长的黏土(图3－6)。由于老路基已经使用一段时间，在堤身荷载作用下的压缩变形已基本完成，而新路基在加宽施工结束后仍发生较大的压缩变形。       图3－6　新老路堤自身压缩和固结变形引起的变形不协调   由于不同填料的压缩系数不同，即使相同的压实度，细粒土与粗粒土路堤在自身荷载作用下的压密沉降也不相同。当路基加宽宽度较小时，新填路基施工时大型压实机具很难发挥作用，压实难度较大，而较低的压实度不仅使路基自身的压缩变形增加，而且使行车荷载作用下的路基塑性累积变形大大增加。所以，通常在地质条件良好，路基自身压缩变形占主导地位时，新老路基的变形不协调将导致加宽部分路面的损坏。www.tmgc8.com   (2)新路基作用下地基的固结沉降。这种沉降主要发生在地基下卧层土质条件较差的路段。土体压缩性大、固结时间长，在施工结束后仍然发生很大的沉降。而老路基作用下的地基在老路堤自重荷载作用下固结变形已完成或基本完成，在新路堤自重荷载作用下地表发生不协调变形，并最终反映到路堤顶面，造成路面结构的损坏(图3－7)。当地质条件差，地基的固结变形在不协调变形中占主导地位时，老路基远离加宽路基部分产生的沉降较小，靠近加宽路基部分产生的沉降较大，从而在老路基顶面产生不协调变形，导致老路路面的损坏、开裂。       图3－7　由于地基固结变形引起的不协调变形   (3)新老路基结合部结合强度不足，造成新路基沿结合面的滑移，这种情况下不仅产生变形不协调，甚至可能发生错台及整体失稳(图3－8)。这种变形不协调将导致新老路基结合部附近的路面损坏、开裂(沥青混凝土路面出现纵向裂缝，半刚性基层或水泥混凝土路面出现断裂)。       图3－8　由于结合部滑移变形引起的不协调变形   所以，在不同工程特点和地基地质条件下，加宽工程出现的新老路基不协调变形产生的主要组成机理是不同的，在路面结构上反映的损坏部位也是不同的，设计和施工时要有针对性地采用处理措施。   实际上，高等级公路路基加宽常见病害产生的主要原因有新老路基间的差异沉降、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，以及水文、地质条件等。病害的发生往往不是由单个因素决定的，而是多种因素共同作用的结果，但新老路基间的变形不协调和新老路基的不良结合是导致相关病害产生的主要原因。  
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