新老路基結合部處治技術（123頁）

1、新老路基結合部處治技術新老路基結合部處治技術主要內容一路基拓寬工程中的技術特征和工程問題二新老路基不協(xié)調變形的特點和計算方法 三路面結構對不協(xié)調變形的力學響應 四拓寬路基的設計理論和方法五新老路基結合部處治的原理、方法和施工控制技術 路基拓寬工程的項目背景在“普及與提高相結合，以提高為主”的公路建設方針下，我們將面臨越來越多的公路改擴建工程，主要體現(xiàn)在2個方面： （1）對低等級道路進行拓寬、提高公路等級正成為我國公路發(fā)展的主流。 （2）隨著道路交通量的飛速發(fā)展，20世紀90年代早期建成的部分高速公路，先后或即將進入加寬改造階段。新老路基結合的設計和施工面臨著眾多的技術問題，1、缺乏可資借鑒的工

2、程經(jīng)驗。2、缺少明確的設計計算理論。3、缺少設計及施工技術規(guī)范。國外研究現(xiàn)狀 美國AASHTO-20021版設計方法中，老路拓寬部分的設計中強調了新路和老路必須良好結合，要求新拓寬的路面結構性能盡可能和原有路面相近。認為在常規(guī)設計下，舊路拓寬工程中沿結合面的破壞是不可避免的，AASHTO僅提出了以上一些原則和技術措施的建議，但沒有提供明確的有針對性的結構設計方法。日本對軟土地基上的路基不均勻沉降控制方面進行了多方面的研究，其中包括針對半幅拓寬路堤提出了一系列工程措施。公路拓寬時將原有雙向車道保留，作為拓寬后新路的一個方向的車行道，而在一側不遠處（相距13米）增設一新路堤作為新路的另一個方向的車

3、行道。此時原有修筑的路堤已經(jīng)完成固結沉降而處于穩(wěn)定，而由于拓寬路堤的影響，老路堤也傾向于新路堤一側沉降，導致老路堤路表平整度下降，路面開裂。推薦采取的措施一般有：通過在原有路堤外側路肩處豎向打入一定深度的板樁，使新拓寬路堤的沉降隔離在板樁處，以起到消除由于新路堤的沉降給老路堤帶來的連帶沉降影響；或通過在新路堤地基部分設置擠實砂樁、石灰樁等復合地基來減小新路堤的沉降量，最終達到減小老路堤的影響；以及通過在新填路堤地基處打入預制樁來減小新路堤的沉降。美國哥倫比亞大學對用加筋土擋墻進行路基拓寬的設計和施工作了深入研究。進行內部穩(wěn)定性分析時，采用2楔塊模型（如圖1-1），進行外部穩(wěn)定分析時，采用Fel

4、lenius分析法（如圖1-2）。地基沉降變形分析采用e-p曲線和分層總和法，當?shù)鼗探Y變形超過10cm時，需要采用有限元方法計算固結變形導致的不協(xié)調變形在加筋擋墻中產(chǎn)生的附加應力。整個加筋拓寬工程的施工流程如圖1-3所示，對老路基邊坡開挖的具體要求如圖1-4所示。圖1-2 外部穩(wěn)定性分析（Fellenius分析法）(據(jù)文獻4)圖1-1 內部穩(wěn)定性分析（2楔塊模型）(據(jù)文獻4)圖1-3 加筋拓寬施工過程(據(jù)文獻4)圖1-4 老路邊坡臺階開挖(據(jù)文獻4)總體來說，國外通過合理的規(guī)劃盡量避免拓寬所帶來的新老路基結合問題，當確實需要進行拓寬時，采取了各種措施減小新老路基結合的不良影響。主要措施包括：

5、避免新老路面的結構差異，在新老路基間設置沉降隔離樁，處治地基，結合部加筋和結合部邊坡處理，輕質路堤等。但對新老路基結合的病害及形成機理缺乏系統(tǒng)、深入的闡述，也沒有建立相關的設計理論。國內研究現(xiàn)狀八、九十年代以前我國公路建設多以新建為主，在原有道路上進行拓寬、改建的工程十分罕見，關于路基拓寬和新老路基結合部處治等問題并不突出。所以現(xiàn)行公路路基設計規(guī)范公路路基施工技術規(guī)范公路設計手冊路基以及其它相關規(guī)范對此類問題涉及甚少，有關工程經(jīng)驗也比較欠缺，對成因機理、結構響應和工程對策等方面的研究才剛剛起步。九十年代中后期，我國開始面臨大量的道路拓寬工程，設計和施工人員在設計和施工中作了很多嘗試性研究。一路

6、基拓寬工程中的技術特征和工程問題（1）新老路基結合的既有方式及其影響因素路基拓寬的方式的分類因素 歸納起來，路基拓寬方式的分類因素有5項，即：地形地基條件、路基的拓寬范圍、新老路基填挖形式、新老邊坡類型、共同作用層厚度。其中，新老路基填挖形式指路基為填方路堤形式或者挖方路塹形式，新老邊坡類型指自然放坡或設支擋結構，共同作用層厚度指新老路基由于標高差而產(chǎn)生的共同填高層（或挖方層）厚度。 分 類 因 素I.地形地基條件II.拓寬范圍III.新老路基填挖形式IV.新老邊坡類型V.共同作用層厚度特征描述平原軟弱地基單側高填方老：放坡新：放坡厚山區(qū)軟弱地基雙側中等填方老：放坡新：支擋結構較厚山區(qū)緩坡、良

7、好地基低填方老：支擋結構新：放坡較薄山區(qū)陡坡、良好地基深挖方老：支擋結構新：放坡無淺挖方新路：棧橋路基拓寬的主要方式根據(jù)上述5項分類因素，可以將路基拓寬、新老路基結合方式分為17大類、36小類。 1、挖方老路基挖方新路基如圖2-1所示，為山區(qū)非陡坡道路單內側挖方拓寬方式。新、老路基均完全由挖方形成，但兩者可以因路基標高不同，有不同的共同作用層厚度。此類拓寬方式由于新老路基的總體相近，由新老路基不協(xié)調變形而引起的病害較為少見，其主要問題是內側道路挖方所造成的排水不良。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-1 挖方老路基+挖方新路基a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-2 挖方老路

8、基+填方新路基2、挖方老路基+填方新路基 如圖2-2所示，為山區(qū)非陡坡道路單外側填方拓寬型式。老路基為全路塹型式，新路基由自然放坡而成。拓寬路基填料多選用就近路段的挖方體，新、老路基在在填料類型、壓實度等方面均存在一定的差異；非陡坡的拓寬還可能處于洪積層、坡積層等軟弱地基區(qū)域，此時與平原軟土地基的路基拓寬存在類似的問題。3、半填半挖老路基+挖方新路基如圖2-3所示，為山區(qū)非陡坡道路單內側挖方拓寬型式。老路基為半填半挖，新路基由挖方形成。此類拓寬方式和拓寬方式1存在相同的問題。4、半填半挖老路基+填方新路基如圖2-4所示，為山區(qū)非陡坡道路單外側填方拓寬型式。老路基為半填半挖，新路基為填方，這類拓

9、寬方式的核心問題在于同一斷面上的路基土存在較大差異：老路基挖方部分為山體開挖的原狀土且經(jīng)多年行車荷載作用，老路基填方部分也經(jīng)過多年固結和行車荷載作用，而新路基則是自然放坡的新填路基，固結度小，潛在變形較大。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基 圖2-3 半填半挖老路基+挖方新路基a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-4 半填半挖老路基+填方新路基5、填方老路堤+挖方新路基如圖2-5所示，為山區(qū)非陡坡道路單內側挖方拓寬型式。這類拓寬方式的主要問題一是新、老路基性能差異大，二是新老路基結合面為原自然邊坡，相對薄弱。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-5 填方老路堤+挖方新路基

10、6、填方老路堤+填方新路堤如圖2-6所示，為山區(qū)非陡坡道路單外側填方拓寬型式。其主要問題是新、老路基填筑年代不同，一方面兩者在填料和壓實度方面可能存在差異；另一方面兩者的固結程度也不同，易發(fā)生工后不協(xié)調變形，導致相關病害。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-6 填方老路堤+填方新路基7、挖方老路基+兩側拓寬新路基如圖2-7所示，為山區(qū)非陡坡道路雙側拓寬型式。老路基為挖方路基，新路基則一側為挖方路基，另一側為填方路基。這類方式兼有填方拓寬和挖方拓寬的特點。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-7 挖方老路基+兩側拓寬新路基8、半填半挖老路基+兩側拓寬新路基如圖2-8所示，為山區(qū)

11、非陡坡道路雙側拓寬型式。老路基為半填半挖，老路內側為挖方拓寬，外側為自然放坡填方拓寬。這類拓寬方式在道路橫斷面上形成4種不同的路基類型，即挖方新路基、挖方老路基、填方老路基和填方新路基，它們在路基材料、壓實度和固結程度等方面都存在差異，從而導致路基路面的不協(xié)調變形。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-8 半填半挖老路基+兩側拓寬新路基9、填方老路堤+兩側拓寬新路基如圖2-9所示，為山區(qū)非陡坡道路雙側拓寬型式。老路基為填方路基，老路內側為挖方路塹拓寬，外側為自然放坡填方拓寬。此種型式兼有挖方拓寬和填方拓寬的特點。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-9 填方老路堤+兩側拓寬新路

12、基10、路塹老路堤+單側挖方新路基如圖2-10所示，為山區(qū)全路塹老路基單側拓寬型式。由于新路基、老路基均為挖方路塹拓寬，除挖方區(qū)域屬不良地基條件，新老路基的地基條件一般差異不大，但仍需要重視路基路面排水。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-10 路塹老路堤+單側挖方新路基 11、路塹老路堤+雙側挖方新路基如圖2-11所示，為山區(qū)全路塹老路基雙側拓寬型式。型式與結合方式10相似，只是從單側拓寬變?yōu)殡p側拓寬。由于挖方拓寬通常需重新設置邊坡防護，因此對雙側拓寬來說，邊坡防護工程量要大于前者。a 新路基高于老路基 b新路基低于老路基圖2-11 路塹老路基+雙側挖方新路基12、路塹老路基+外側

13、拓寬如圖2-12所示，為山區(qū)陡坡單外側拓寬型式。老路基為挖方，拓寬處分別設置了支擋結構（如重力式擋土墻）、棧橋結構、填土放坡。該三類結合方式所處地形通常較為陡峻。設置擋墻的結合方式應首先確保擋墻本身的穩(wěn)定性，另外還需注意墻背填料填筑時的施工質量、填料的級配等要求，以控制墻背填料的工后差異沉降；棧橋形式拓寬，拓寬部分須建造成橋梁結構形式，建筑成本有所上升，但通常相應病害會減少較多；外側拓寬處放坡需要大量土石方，投資上不經(jīng)濟，且施工困難，對該處原地面產(chǎn)生的附加荷載大，極易產(chǎn)生拓寬處放坡路堤與老路基間的過量差異沉降，從而造成路面相關病害。a 外側拓寬設擋墻 b 外側拓寬設棧橋 c 外側拓寬放坡圖2-

14、12 路塹老路基+外側拓寬 13、半填半挖老路基外側拓寬設擋墻如圖2-13所示，為山區(qū)陡坡單外側拓寬型式。老路基為半填半挖型式，填方部分采用放坡型式或者設置支擋結構，而新路基均為在外側拓寬處設置支擋結構。當老路填方采用外側放坡型式時，給新路外側拓寬處擋墻的設置創(chuàng)造了一定的有利條件。除非老路填方邊坡本身存在明顯穩(wěn)定問題和施工質量問題，已出現(xiàn)一些病害，此時擋墻設置應考慮盡可能埋設至老路基的地基層面中，一般正常情況下可適當減小擋墻高度，以節(jié)省工程造價。而當老路填方部分設置支擋結構時，由于地處陡坡區(qū)域，新設置的擋墻通常需建造得較高，且新老擋墻間的墻背填筑施工難度較大，通常不易壓實，拓寬路基易形成工后壓

15、密變形。a 老路基放坡 b老路基設擋墻圖2-13 半填半挖老路基+外側拓寬14、半填半挖老路基外側拓寬放坡如圖2-14所示，為山區(qū)陡坡單外側拓寬型式。老路基為半填半挖型式，填方部分在路基外側設置擋土墻或者采用放坡型式，新路基均為在外側拓寬處采用放坡型式。由于地處陡坡區(qū)域，該拓寬方式填土石方量均較大。當老路基填方部分外側設置擋墻時，新路拓寬時填筑的土、石方量相當巨大，對當?shù)氐匦蔚孛哺淖冚^大，由于路堤填土引起的道路地基受到的附加荷載相當明顯，若該處地基本身屬于不良地基，則更易造成地基的二次固結變形和填筑體本身的壓密變形，新、老路基間不可避免地產(chǎn)生相當?shù)牟町惓两?，路面面層通常會在通車后一段時間內產(chǎn)生

16、相關病害；當老路基填方部分采用放坡型式時，由于新路基拓寬寬度不大，而路堤填筑深度較大，填筑體形狀成狹長形（當?shù)胤Q“一把刀”），施工難度大，常用的道路壓實機具無法展開施工，因此壓實度難以保證，易留下質量隱患，也易出現(xiàn)新老路基結合不良的相關病害。a 老路基設擋墻 b 老路基放坡圖2-14 半填半挖老路基+外側拓寬放坡15、填方老路堤放坡+填方新路基放坡如圖2-15所示，為平原地區(qū)拓寬型式。老路基為全填方放坡的路堤型式，新路基為單、雙側填方放坡拓寬。平原地區(qū)拓寬寬度通常不受山區(qū)地形限制，若新老路線形不變，新路斷面布置時可以考慮在新老結合部路表位置設置一些容許差異沉降的分隔帶，如中央分隔帶、機非分隔帶

17、等沉降隔離設施。由于平原地區(qū)軟弱地基較為普遍，新路基荷載易使老路基發(fā)生二次沉降，從而在老路路面內產(chǎn)生附加應力，造成路面的損壞。a 單側拓寬 b 雙側拓寬圖2-15 填方老路堤放坡+填方新路基放坡16、填方老路堤擋墻+雙側填方新路基如圖2-16所示，為平原地區(qū)拓寬型式。老路為填方路基，兩側設置支擋結構，新路向老路兩側填方拓寬。其主要問題是利用了老路擋土墻，由于擋土墻墻面的直立特性，新老路基沉降的過渡范圍幾乎沒有，因此在老擋墻與新路基交界處易發(fā)生沉降突變，相關病害（如縱向裂縫）也往往發(fā)生在此附近。a 填方新路基設擋墻 b 填方新路基放坡圖2-16 填方老路堤擋墻+雙側填方新路基17、填方老路基單側

18、填方新路基如圖2-17所示，為平原地區(qū)拓寬型式。此類結合方式在新路斷面中均設置了中央分隔帶。利用中央分隔帶可以形成新老路基之間的不協(xié)調變形緩沖帶，但由于拓寬路基造成的老路基二次沉降同樣不可忽視。a 老路基放坡新路基擋墻 b 老路堤擋墻新路基放坡c 老路基擋墻新路基擋墻圖2-17 填方老路堤+單側填方新路基 新老路基結合不良有關的相關病害主要有四類，即：路基損壞、支擋結構損壞、路面損壞、路面整體性能下降。其中，路面損壞是新老路基結合最常見的病害，路基損壞和支擋結構損壞是穩(wěn)定性不足在拓寬工程中的表現(xiàn)，而路面整體性能下降是伴隨著以上各種病害的發(fā)展而產(chǎn)生。 （2）路基拓寬的工程技術問題常見病害及其成因

19、機理圖1-1 拓寬路基整體坍塌 圖1-2 路基失穩(wěn)后路面結構脫空圖1-3 支擋結構位移開裂 圖1-4 支擋結構失穩(wěn)圖1-5 瀝青路面縱向裂縫圖1-6 水泥砼路面縱向裂縫可以從兩個主要方面分析拓寬公路出現(xiàn)的各種病害的產(chǎn)生機理，即新路基穩(wěn)定性不足和新老路基不協(xié)調變形。 1)新路基穩(wěn)定性不足 新路基穩(wěn)定性不足是指拓寬路基自身穩(wěn)定性不能充分滿足穩(wěn)定要求，其產(chǎn)生的原因包括拓寬部位地基過陡和拓寬部位地基軟弱。路基拓寬工程病害的成因機理 拓寬部位地基過陡 拓寬部位地基軟弱2)新老路基不協(xié)調變形 新老路基不協(xié)調變形以不均勻沉降為主，道路拓寬所帶來的不協(xié)調變形主要為橫向的不協(xié)調變形。新老路基不協(xié)調變形的形成原因

20、包括以下四點:1 新老路基差異沉降2 新老路基、路面抗變形能力差異3 老路基結合不良4 排水系統(tǒng)不完善、設施養(yǎng)護不及時1 新老路基差異沉降 （1）新老路基地基變形差異引起的差異沉降圖1 新老路基地基變形差異引起的差異沉降 （2）新老路基填方高度不同引起的差異沉降圖2 新老路基填方高度不同引起的差異沉降 （3）新老路基填料或壓實度不同引起的差異沉降圖3 受地形限制的山區(qū)路基拓寬難以確保壓實度新路基自身填料質量差，抗風化性能、抗淘蝕性能不足、工后壓密變形大，也是造成差異沉降的重要原因。施工過程中路基填料多半就近從挖方斷面上直接獲取，對材料粒徑、級配及材料本身的物理力學品質等方面控制不嚴，填料中含有

21、有機植物根莖及腐蝕性耕植土的現(xiàn)象較為普遍（如圖2-32）。山區(qū)路基填土多為土石混合料，對路表水和地下水有一定滲透能力，填料中細顆粒材料通常占很大比重，滲水時易發(fā)生淘蝕，并且在施工過程中難以確保其壓實度（如圖2-33）。圖2-32 填料中含有有機植物根莖 圖2-33 填料中含有巨大的石塊2 新老路基、路面抗變形能力差異路基填料或者壓實度的不同導致新老路基、路面整體回彈模量存在差異。新老路基回彈模量不同，導致新老路基、路面抗變形能力存在差異。新路基處的抗變形能力要顯著弱于老路基。 路基土壓實度與回彈模量的關系路基土壓實度85%90%95%100%回彈模量（MPa）90102107136備注：試樣取

22、自重慶南山旅游公路，巨粒土，含水量7.62%，重型擊實標準。 新老路基的路表彎沉對比安旬二級公路新、老路路表當量模量對比（PFWD）樁號長桿彈性模量（MPa）短桿彈性模量（MPa）新路基老路基新路基老路基k1895+3201212312715033227k1893+1209213521378k2+2903531424291901k4+47012041355766959k4+4801637263817474346k6+5504995705329273 老路基結合不良（1）新老路基結合面處治不當新路基填筑時表面根植土或松散土未清除，形成薄弱面或潛在滑裂面，甚至可以誘發(fā)填方路基失穩(wěn)。并且，新老路基結

23、合部施工工藝較復雜，施工難度大，往往在此產(chǎn)生人為的質量因素。（2）臺階開挖不合理據(jù)調查，山區(qū)公路填方路基施工時，無論是臺階的數(shù)量還是臺階尺寸，很少在結合面上按規(guī)范開挖，致使新老路基結合部結合不良，形成潛在的滑裂面。（3）結合面上的蠕滑由于新老路基結合面強度不足，拓寬路基沿結合面發(fā)生蠕滑，在新老路基結合部產(chǎn)生錯臺。錯臺的出現(xiàn)導致路面支撐的減弱，繼而發(fā)生唧泥和脫空擴張，最終導致半剛性基層或者水泥混凝土板的斷裂。4 排水系統(tǒng)不完善、設施養(yǎng)護不及時排水設施不完善，設施布置不合理，導致地表水下滲，形成滯水、積水和滲水 路基土受水浸泡而濕軟，強度急劇下降。另外，山區(qū)暴雨可能造成坡體發(fā)生很小的坍塌，淤塞道路

24、內側邊溝，養(yǎng)護不及時可導致路基上側雨水漫過路面，雨水可能從路面滲入路基。若路面已經(jīng)開裂，雨水自裂縫進入路基，加劇裂縫擴張并導致路基強度下降。 路基土回彈模量與含水量的關系路基土樣含水量（%）4.06.07.610.011.0回彈模量（MPa）141.0298.8489.9959.6132.71備注：試樣取自重慶南山旅游公路，壓實度為85%，重型擊實標準。二新老路基不協(xié)調變形的特點 2.1 新老路基不協(xié)調變形的組成 按照沉降形成的原因來分類，新老路基不協(xié)調變形主要由三個方面組成： 1、新老路基的自身壓縮變形圖2-1 新老路堤自身壓縮和固結變形引起的不協(xié)調變形 2、新路基作用下地基的固結沉降圖2-

25、2 由于地基固結變形引起的不協(xié)調變形 3、新老路基接合部結合強度不足圖2-3 由于結合部滑移變形引起的不協(xié)調變形 不同工程特點和地基地質條件下，拓寬工程出現(xiàn)的新老路基不協(xié)調變形產(chǎn)生的主要組成機理不同，反映到路面結構上的損壞部位也不同，設計和施工時要有針對性地采用處理措施。對新老路基不協(xié)調變形的認識還存在不同 1、老路基是否發(fā)生變形 有不少分析將老路基或者老路面結構假定為固定邊界，只分析新路基的變形，將此變形作為拓寬所產(chǎn)生的差異沉降。事實上，新路基荷載施加以后，可以通過老路邊坡將部分荷載傳遞給老路基，從而使老路基及老路基以下的地基發(fā)生壓縮變形和固結變形（如圖3-4）；另外，當新路基發(fā)生沉降以后，

26、通過界面間的負摩阻力促使老路基也發(fā)生變形（如圖3-5）。并且，在現(xiàn)場調研中發(fā)現(xiàn)，拓寬工程中很多路面病害發(fā)生在老路部分，其原因就是由于拓寬路基的自重荷載導致了老路基頂面發(fā)生了不協(xié)調變形。所以，在分析中將老路基視為固定邊界條件，忽視老路基在新路基荷載作用下的變形，就不能正確、合理地分析新老路基不協(xié)調變形地組成、大小和形態(tài)分布。圖3-4 新路堤自重荷載對老路堤形成的上覆壓力圖3-5 新路堤沉降變形對老路堤形成的負摩阻力2、新路基荷載作用下發(fā)生的變形是否即為不協(xié)調變形很多分析將新路基荷載作用下的變形直接作為不協(xié)調變形，并以此不協(xié)調變形作為最終的控制指標。但是在施工過程中，新路堤的瞬時壓縮變形和部分固結

27、變形已經(jīng)完成，而這一部分變形造成的沉降可以通過施工補填來恢復，只有施工結束后的變形才最終形成了對路面結構產(chǎn)生影響的不協(xié)調變形。對于老路堤，如果在原有路面結構上加鋪新的路面結構，可以通過底基層或墊層找平來彌補施工期間的沉降；如果繼續(xù)利用原有路面結構，則不能通過回填來減小施工期間發(fā)生的沉降，最終反映到路面結構部分的不協(xié)調變形是老路堤在施工期間和施工結束后發(fā)生的總沉降。實際拓寬工程中，為發(fā)揮原有路面的使用壽命、節(jié)約工程投資，常采用利用原路面結構的方案；若原路面結構損壞嚴重或路面等級較低，則需要在原路面結構上加鋪新的路面結構。所以，老路基頂面的不協(xié)調變形計算需要在分析中按照原有路面的利用情況區(qū)別對待。

28、關于計算模型的基本考慮由不協(xié)調變形的組成和機理分析可知，不協(xié)調變形在不同拓寬條件下有不同特點，且構成不協(xié)調變形的各組成部分計算相當復雜，涉及到新老路基的共同作用（新路基通過上覆壓力和負摩阻力協(xié)同老路基共同工作）、路基及地基的固結沉降和工后變形、不同土質條件等。這些因素很難通過純理論解來考慮，而有限元法可以考慮復雜的邊界條件和模擬材料的非線性以及狀態(tài)的非線性，故可以在新老路基不協(xié)調變形的分析中采用有限元法。道路為條帶形結構物，其受力狀態(tài)為典型的平面應變問題，故采用二維有限元模型，按照平面應變問題處理。另外，采用二維有限元模型與三維有限元模型相比，在能夠保證足夠精度的前提下，節(jié)省大量的計算時間和內

29、存。并且，對路面結構產(chǎn)生影響的不是沉降總量，而是工后不協(xié)調變形，故在沉降計算中要考慮到沉降隨時間變化的問題，從而需要在有限元分析中考慮土體的固結理論。通過研究沉降隨時間的變化，可以為合理預留施工超高和最終確定形成的不協(xié)調變形提供合理的依據(jù)。路堤的穩(wěn)定性是所有路堤設計都必須考慮的問題，新老路基結合部設計也不例外，設計的最基本要求就是要保證拓寬路堤的穩(wěn)定，所以新老路基接合部不協(xié)調變形分析的基本假定就是拓寬路基無穩(wěn)定性問題，即新老路基結合面不會出現(xiàn)因穩(wěn)定性問題而出現(xiàn)的滑移和錯臺。土體的初始應力狀態(tài)是指在初始固結狀態(tài)時地基內部任意一點的豎向有效應力和水平向有效應力的大小及其關系。土體的變形和強度特性與

30、初始應力狀態(tài)密切相關，對地基中土體的初始應力狀態(tài)不清楚，就無法正確了解其變形和強度特性。路基拓寬工程中，由于地基和老路基在老路基自重荷載作用下已發(fā)生固結變形，其初始應力分布狀態(tài)不同于地基表面水平情況下的線性分布，所以，準確獲取老路基作用下地基和老路堤的初始應力分布狀態(tài)是求解不協(xié)調變形的關鍵。2.2新老路基不協(xié)調變形的計算模型和方法 1 關于計算模型的基本考慮 道路為條帶形結構物，其受力狀態(tài)為典型的平面應變問題，故采用二維有限元模型，按照平面應變問題處理。 新老路基接合部不協(xié)調變形分析的基本假定就是拓寬路基無穩(wěn)定性問題，即新老路基結合面不會出現(xiàn)因穩(wěn)定性問題而出現(xiàn)的滑移和錯臺。 路基拓寬工程中，由

31、于地基和老路基在老路基自重荷載作用下已發(fā)生固結變形，其初始應力分布狀態(tài)不同于地基表面水平情況下的線性分布，所以，準確獲取老路基作用下地基和老路堤的初始應力分布狀態(tài)是求解不協(xié)調變形的關鍵。 2 有限單元法模型 由于道路為條形結構物，其空間應力分析可簡化為平面應變問題，故分析中采用ABAQUS單元庫中的平面應變孔隙水壓力單元4PE4P。 3 地基固結理論及巖土本構關系 1)地基固結理論 土的固結包含了水的滲流和土的變形兩方面，是兩者的耦合問題。Biot固結理論較全面地考慮了兩者的結合，是比較完善的多維固結理論。 2)巖土本構關系 考慮到巖石、土體等材料屬于顆粒狀材料，此類材料受壓屈服強度遠大于受拉

32、屈服強度，不僅靜水壓力可以引起巖土塑性體積變化，而且偏應力也可能引起塑性體積變化（剪脹），故采用能準確描述這類材料的Drucker-Prager模型，其屈服條件為廣義von Mises屈服條件。 4 模型基本假設、網(wǎng)格劃分和計算流程 考慮到道路拓寬問題的影響因素比較復雜，為計算簡化，特作如下假定： 1、按照平面應變問題進行考慮，進行二維有限元分析； 2、土體為彈塑性材料，采用修正的D-P模型進行模擬。 3、新老路基結合部處治較好，不會因為穩(wěn)定性不足而出現(xiàn)滑移，接觸條件為完全連續(xù)。 4、老路基和地基的初始應力場由老路基和地基的自重荷載產(chǎn)生。 5、邊界條件：地基底面兩個方向均為約束，地基寬度外側水

33、平向約束，如雙側拓寬則進行對稱性分析（路堤中心線處加對稱約束）；地基寬度外側及地表為透水邊界，地基底面為不透水邊界。網(wǎng)格劃分如圖3-7所示。圖3-7 網(wǎng)格劃分示意圖 模型的計算流程如下： 1、將新老路基單元均殺死（kill、remove）為空單元，對地基部分施加重力，實現(xiàn)地基在自身重力作用下的地壓平衡； 2、將老路堤轉化為實體單元，施加重力，得到在老路基自重荷載作用下的應力場； 3、保持原模型和網(wǎng)格劃分不變，重新進行計算。將上步獲得的應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，當拓寬到某一層時再將

34、該單元轉化為實單元，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)。新路基部分的不協(xié)調變形為新路堤荷載作用下的路堤頂面工后沉降，老路基部分的不協(xié)調變形則按照老路路面的利用原則分別進行整理。 2.3 不同工程條件下新老路基不協(xié)調變形的特征 1 拓寬方式和拓寬寬度對不協(xié)調變形的影響 1)單側加寬 單側拓寬隨著拓寬寬度的增加，不協(xié)調變形逐漸增大。隨著拓寬寬度的增加，拓寬路基對老路基產(chǎn)生的附加應力逐漸增大，導致老路基產(chǎn)生的沉降逐漸增加；但拓寬寬度超過一定范圍后，增加的寬度對老路基產(chǎn)生的附加應力較小，故此時增加拓寬寬度引起的老路基

35、沉降增加不明顯，且拓寬路基表現(xiàn)出一定的新建路基的性質，即工后不協(xié)調變形發(fā)生在路基中間部位。 從控制不協(xié)調變形的角度出發(fā)，需要控制拓寬的新路堤寬度。 通過建立的有限元模型進行拓寬不協(xié)調變形的分析，老路堤寬度為10m，需拓寬路堤寬度分別為4m、10m、15m，路堤高度為4m，邊坡1：1.5。 路堤填土及地基土質材料參數(shù)見表2-1。計算得到拓寬寬度對不協(xié)調變形的影響如圖2-4、2-5所示。表2-1 路堤填土及地基土計算參數(shù)土層厚度（m）重度（kNm-3）變形模量（MPa）泊松比摩阻角（0）滲透系數(shù)（ms-1）老路堤419.0200.35455108拓寬路堤419.0150.35455108路基土11

36、18.03.750.35422101021018.01.250.3540110103918.02.210.354221010圖2-4 拓寬寬度對老路頂面不協(xié)調變形的影響圖2-5 拓寬寬度對新路頂面不協(xié)調變形的影響可見，隨著拓寬寬度的增加，不協(xié)調變形逐漸增大，當拓寬寬度為4m時，老路堤頂面不協(xié)調變形的最大值為11.2cm，新路堤不協(xié)調變形的最大值為0.3cm，而當拓寬寬度增加到15m時，老路堤頂面不協(xié)調變形的最大值增加為21.3cm，新路堤頂面不協(xié)調變形的最大值也增加為1.8cm。當拓寬寬度由4m增加到10m時，老路基頂面的不協(xié)調變形增加了7.4cm，而由10m增加到15m時，老路頂面的不協(xié)調變

37、形只增加了2.6cm；并且，當拓寬寬度較小時，新路基頂面不協(xié)調變形的最大值發(fā)生在新路堤的邊緣，當拓寬寬度達到15m后，不協(xié)調變形的最大值出現(xiàn)在新路基邊緣內側，即在拓寬路面上出現(xiàn)反坡，雨水季節(jié)新路面上容易出現(xiàn)雨水聚集，路面使用功能下降并且造成路面結構的水損害。說明隨著拓寬寬度的增加，拓寬路基對老路基產(chǎn)生的附加應力逐漸增大，導致老路基產(chǎn)生的沉降逐漸增加；但拓寬寬度超過一定范圍后，增加的寬度對老路基產(chǎn)生的附加應力較小，故此時增加拓寬寬度引起的老路基沉降增加不明顯，且拓寬路基表現(xiàn)出一定的新建路基的性質，即工后不協(xié)調變形發(fā)生在路基中間部位。從上面的分析可以看出，拓寬寬度的增加導致了不協(xié)調變形的增加，所以

38、從控制不協(xié)調變形的角度出發(fā)，需要控制拓寬的新路堤寬度。但是實際拓寬工程需要拓寬的寬度由交通預測和規(guī)劃確定，當需要的拓寬寬度較寬時，可以從改變拓寬方式的角度來解決問題，即將需要拓寬的寬度分配到老路兩側，降低每側的拓寬寬度，構成雙側拓寬。 2)雙側加寬 采取雙側拓寬與單側拓寬相比較，老路部分的不協(xié)調變形明顯改善。其原因在于雙側拓寬后，拓寬路堤自重荷載對老路中部的附加應力得到增加，從而使老路中部也發(fā)生較大的沉降，相應減小了整個老路部分的不協(xié)調變形。 采用雙側拓寬方式的拓寬工程在路基頂面產(chǎn)生的不協(xié)調變形：老路寬度10m，拓寬寬度為15m，兩側均拓寬7.5m，其他計算參數(shù)同上，按照對稱性取半截面進行分析

39、，得到圖2-6至圖2-9。圖2-6路基竣工時頂面沉降曲線圖 圖2-7路基頂面總沉降曲線圖 圖2-8 路基頂面工后沉降曲線圖圖2-9新、老路基頂面不協(xié)調變形 由圖3-25可以看出，采用雙側拓寬的方式，將15m的寬度分配到道路兩側以后，老路部分5m的范圍內出現(xiàn)了3.04cm的不協(xié)調變形，平均變坡率為0.6%；由圖3-21可見，當采用單側拓寬時，拓寬15m在10m寬的老路部分產(chǎn)生的不協(xié)調變形為21.3cm，平均變坡率為2.13%?？梢?，采取雙側拓寬后，老路部分的不協(xié)調變形明顯改善。其原因在于雙側拓寬后，拓寬路堤自重荷載對老路中部的附加應力得到增加，從而使老路中部也發(fā)生較大的沉降，相應減小了整個老路部

40、分的不協(xié)調變形。由單、雙側拓寬方式產(chǎn)生的不協(xié)調變形可以看出，采用雙側拓寬能夠將拓寬路堤的自重荷載分配到老路堤兩側，極大地減小了不協(xié)調變形量并改善了不協(xié)調變形的曲線形態(tài)，對路面結構的受力狀況較為有利；另外，采用雙側拓寬可以減小拓寬所需的土石方量。但是，雙側拓寬同時也增加了施工難度和費用，并給施工期間開放交通的控制帶來困難。所以，對拓寬方式需針對實際的拓寬工程，在道路選線時綜合考慮。 2 不同地質條件的路堤拓寬 1、平原軟土地區(qū)的路堤拓寬 平原軟土地區(qū)，由于地基下臥層土質條件較差，壓縮性大、固結時間長，故地基的工后壓縮變形對不協(xié)調變形的貢獻非常大。地質勘測時獲取準確的地質資料對拓寬設計具有決定性的

41、意義。仍以老路堤寬10m，單側拓寬15m為例，擬三種軟弱土材料，變形模量分別為1.25MPa、2MPa、3.5MPa，得到新、老路基頂面的不協(xié)調變形的曲線分別如圖3-26、3-27所示。圖3-26 土質條件對老路基頂面不協(xié)調變形的影響圖3-27 土質條件對新路基頂面不協(xié)調變形的影響可見，不同土質條件下，不協(xié)調變形值差異很大。所以，老路拓寬設計前一定要對沿線的土質條件做詳細的地質勘查。當軟弱層埋深較淺、厚度不厚時，可以采用開挖換填的方法改善地基土質條件，從而減小不協(xié)調變形；當軟弱層埋深較深或很厚時，可以采用復合地基和鋪設土工格柵等工程措施進行處理。2、高路堤的路堤拓寬 土質條件較好的地區(qū)，但地形

42、復雜，存在著很多高路堤的路堤拓寬的實際情況，在這種工程條件下，路堤不協(xié)調變形的主要成因是路堤在工后的壓縮蠕變和固結變形。當填土主要為土質條件較差且固結時間較長的粘土時，工后的固結變形起主導作用；當填土為土石混填時，由于粗粒石塊的相互滑移和路堤壓實度不夠，導致施工結束后的壓縮變形占有很大的比例。而當老路面繼續(xù)利用時，老路基頂面由于拓寬路堤自重荷載的作用發(fā)生較大的變形，在路堤高度過高時尤其明顯，這種由于拓寬路堤荷載導致的老路基沉降而發(fā)生的不協(xié)調變形對老路面產(chǎn)生了巨大的損害。路堤高度為8m時，老路基頂面的不協(xié)調變形為8.8cm?，F(xiàn)將路堤高度增加到15m，其他計算參數(shù)保持不變，得到相應的老路基頂面不協(xié)

43、調變形如圖3-28所示，可知老路基頂面不協(xié)調變形增加到10.4cm。圖3-28 路堤高15m時老路基頂面不協(xié)調變形圖高路堤拓寬設計中，為節(jié)約土石方量和道路征地面積，通常采用擋墻結構。顯而易見，設置擋墻后，減少了拓寬后的填土，從而減少了拓寬填土自重荷載對老路堤的作用，使老路堤在施工期間的沉降大為減少，對老路的利用非常有益。以8m高的路堤拓寬案例進行分析，在拓寬設計中采用柔性擋墻，在原規(guī)劃紅線中加以拓寬，得到施工期間的新老路基變形如圖3-29所示。在設置擋墻以后，施工期間老路堤頂面發(fā)生的不協(xié)調變形減小為5cm，相對于不設擋墻的不協(xié)調變形減小了45%左右。在高路堤設置擋墻的工程中，必須對路堤及擋墻的

44、穩(wěn)定性做特殊驗算，防止由于擋墻失穩(wěn)而造成的新老路基之間的滑動，從而在新老路基結合部產(chǎn)生裂縫或錯臺，從而對路面結構產(chǎn)生損害。圖3-29 設擋墻高路堤拓寬施工期間路堤頂面沉降圖3 不同地形條件的路基拓寬在實際拓寬工程中還存在路塹挖方拓寬的案例。選取一典型挖方拓寬進行分析，拓寬幾何參數(shù)及平面圖見圖3-30，地基土質參數(shù)如表3-1。計算得到路基施工結束后沉降及固結完成后的沉降圖（如圖3-31、32），分析數(shù)據(jù)獲取新老路基頂面的不協(xié)調變形（如圖3-33、34）。.圖3-30 挖方拓寬分析案例幾何平面圖圖3-31 挖方拓寬路基竣工時沉降及總沉降圖 圖3-32 挖方拓寬工后沉降圖圖3-33 挖方拓寬老路基頂

45、面不協(xié)調變形曲線 圖3-34 挖方拓寬新路基頂面不協(xié)調變形曲線由圖3-33、3-34可見，由于挖方而引起的新老路基不協(xié)調變形是不容忽視的。老路基頂面不協(xié)調變形的變坡率也達到了0.6%，并且在新老路基結合部位同樣出現(xiàn)了變坡率的突變問題。所以，路塹挖方拓寬工程和路堤拓寬工程均存在著不協(xié)調變形的問題，設計中應該從減小不協(xié)調變形的角度出發(fā)，采用各種工程措施進行結合部的處理。2.3 新老路基不協(xié)調變形的特點 通過對不協(xié)調變形的各種因素進行系統(tǒng)分析，可以總結出不協(xié)調變形的一些總體特征。 填方拓寬工程中，老路基在新路基荷載作用下，遠離拓寬路基的部分沉降較小，靠近拓寬路基的部分沉降較大，且不協(xié)調變形的變坡率也

46、呈同樣趨勢。 新老路基不協(xié)調變形隨著拓寬寬度的增大而增大，當拓寬寬度超出老路基坡腳范圍時，不協(xié)調變形在達到最大值后逐漸減小，從而呈現(xiàn)出一定的盆形反坡。 老路堤的不協(xié)調變形呈上凸狀，新路堤的不協(xié)調變形呈下凹狀，路基頂面的不協(xié)調變形總體呈“”型。 由于新路基在施工期間的沉降可以通過施工回填來彌補，而當老路路面直接利用時，老路基在施工期間的沉降直接反映到老路路面底面；另外新路基在施工后會發(fā)生工后壓密變形，故新老路基結合部附近會出現(xiàn)變坡率的突變。 較單側拓寬而言，采用雙側拓寬能夠將拓寬路堤的自重荷載分配到老路堤兩側，極大地減小新老路基不協(xié)調變形量。三 路面結構對不協(xié)調變形的力學響應路基拓寬所引起的新老

47、路基不協(xié)調變形將使路面結構產(chǎn)生附加應力，不協(xié)調變形越大，結構附加應力越大，當不協(xié)調變形超過一定值時，結構附加應力與荷載應力疊加超過路面結構強度，從而導致路面結構損壞。1 基于路基不協(xié)調變形的路面結構分析模型新老路基頂面不協(xié)調變形引起的路面結構附加應力的計算可采用有限元法。分析路面結構對不協(xié)調變形的力學響應采用三層體系，即面層、基層和底基層。計算中采用如下假定：（1） 路面各結構層為連續(xù)均質、各向同性的線彈性材料，力學特性用彈性模量E和泊松比表征；（2） 路面各結構層在垂直方向完全連續(xù)，即不協(xié)調變形隨時間而緩慢增長，路面各結構層在行車荷載與自重作用下隨之下沉，層間不會出現(xiàn)脫空現(xiàn)象；瀝青面層和基層

48、、基層和底基層之間接觸條件為完全連續(xù)，底基層和地基之間為光滑接觸條件。（3） 按平面應變問題進行分析。采用平面八節(jié)點等參單元，面層厚度方向只劃分為1層，基層和底基層劃分為2層，網(wǎng)格劃分圖如圖4-1所示。邊界條件為在底基層底面豎直方向直接施加不協(xié)調變形，其它各邊自由。圖4-1 平面有限元分析網(wǎng)格劃分示意圖以老路路面寬10m，單側拓寬15m為例，進行典型路面結構的力學響應分析，路面結構參數(shù)見表4-1。表4-1 典型路面結構和材料參數(shù) 結構層項目瀝青混凝土面層二灰碎石基層石灰土底基層彈性模量E（MPa）12001400600泊松比u0.30.30.3重度（g /cm3）2.02.02.0厚度h（cm

49、）1240302 老路路面結構不利用時路面結構的力學響應在道路拓寬工程中，在以下兩種情況下需要在老路路面結構上鋪筑新的路面結構：（1） 原路面結構損壞嚴重或路面等級較低，不能滿足拓寬后路面正常使用的要求；（2） 拓寬后路面設計標高高于老路路面標高。在老路路面結構上鋪筑新的路面結構，即老路路面結構不再作為路面利用時，可以通過底基層或墊層找平來彌補施工期間的沉降。此時新老路基頂面的不協(xié)調變形均由新、老路基的工后沉降組成，由第3章的分析可知，不協(xié)調變形在新、老路基頂面呈現(xiàn)下凹式的曲線形態(tài)，如圖3-17所示。利用大型通用有限元程序ANSYS進行路面結構的力學響應分析，得到路面結構的響應（彎拉應力）如圖

50、4-2所示。圖4-2 路面結構的彎拉應力分布圖（老路面上加鋪新路面）可見，采用如表4-1所列參數(shù)的路面結構在路基頂面不協(xié)調變形的作用下，基層和面層底面受拉?？紤]到瀝青路面的面層結構抗拉強度遠高于半剛性基層抗拉強度，在不協(xié)調變形的作用下，路面結構首先在基層底面開裂，路面整體強度降低，在行車荷載的作用下裂縫向面層擴展、傳播，最終形成貫穿整個路面厚度的裂縫，雨水由裂縫進入，進一步加劇了裂縫的發(fā)展和路面的損壞。通過調整新、老路面結構的寬度和不協(xié)調變形的形態(tài)，進行了大量的力學響應分析，得出結論：路面基層底面最大彎拉應力發(fā)生位置可能在拓寬路基部分，也可能在舊路基部分。所以，在老路路面結構不利用的情況下，新

51、老路基下凹形的不協(xié)調變形可導致老路基部分路面或者拓寬路基部分的基層底面彎拉開裂。3 老路路面結構利用時路面結構的力學響應拓寬工程中，當設計標高與老路路面標高相同時，為發(fā)揮原有路面的使用壽命、節(jié)約工程投資，常采用利用原路面結構的方案。此時最終反映到路面結構部分的不協(xié)調變形是老路基在施工期間和施工結束后發(fā)生的總沉降，新路基在施工結束后發(fā)生的工后沉降。由第3章分析可知，不協(xié)調變形在老路基部分呈現(xiàn)上凸形曲線形態(tài)、新路基部分呈現(xiàn)下凹形曲線形態(tài)，總體呈現(xiàn)“”形，如圖3-18、3-19所示。并且，當老路路面結構繼續(xù)利用時，新、老路面的結合方式由于拓寬道路線形設計的差異有兩種可能：新、老路面分離（如中間設置中

52、央分隔帶）和新、老路面結合。1、新、老路面分離當新老路面分離時，可以對新、老路面的力學響應分別加以分析。利用ANSYS程序得到新、老路面結構的力學響應（彎拉應力）分別如圖4-3、4-4所示。圖4-3 老路面彎拉應力分布圖（新老路面分離） 圖4-4 新路面彎拉應力分布圖（新老路面分離）可見，當老路路面結構利用且新、老路面分離時，新路基不協(xié)調變形在新路路面基層底面產(chǎn)生附加彎拉應力，老路基不協(xié)調變形在老路路面基層頂面產(chǎn)生了附加彎拉應力。所以，路面結構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，這和新建路面結構的損壞模式是不同的（后者僅需考慮基層底面的彎拉應力和強度）。2、新、老路面結合

53、由新老路基不協(xié)調變形的特征分析可知，當新、老路面結構結合時，新老路基結合部會形成不協(xié)調變形變坡率的突變，即不協(xié)調變形曲線的非光滑連續(xù)。在該變坡率的突變點將會產(chǎn)生巨大的應力集中，從而導致新老路基結合部的路面開裂（如圖4-5）。所以，老路路面利用且新、老路面結合時，不僅老路基層頂面和新路基層底面受到附加彎拉應力的影響，新老路面結合部也會產(chǎn)生結構附加應力。得到該分析結果是由于假設不協(xié)調變形隨時間而緩慢增長，路面各結構層在行車荷載與自重作用下隨之下沉，層間不會出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。事實上，在變坡率突變點附近，即新、老路基結合部附近，半剛性基層瀝青路面會出現(xiàn)局部脫空，該種情況也可導致路面的開裂。圖4-5 變坡率

54、突變引起的結合部應力集中通過調整新路基頂面的不協(xié)調變形曲線（如圖4-6），得到結合部路面在不同變坡率變化下的力學響應如表4-2所示。 圖4-6 新老路基不協(xié)調變形表4-2 新老路基結合部路面基層應力分析匯總表老路基頂面新路基頂面結合部附近新、老路基不協(xié)調變形變坡率差值（%）基層應力不協(xié)調變形值（cm）結合部附近變坡率（%）不協(xié)調變形值（cm）結合部附近變坡率（%）位置數(shù)值（MPa）2.90.572.40.30-0.27基層底面0.542.70.33-0.240.482.90.37-0.210.403.20.40-0.180.343.40.43-0.150.277.50.940.37基層頂面0.

55、397.80.970.400.428.01.000.430.458.31.030.460.488.51.060.490.51可以看出，當新、老路面完全結合時，由于新老路基頂面不協(xié)調變形導致的變坡率突變在結合部的路面中產(chǎn)生附加應力。當新路基的變坡率小于老路基時，結合部路面基層底面產(chǎn)生附加彎拉應力；當新路基的變坡率大于老路基時，結合部路面基層頂面產(chǎn)生附加彎拉應力。4 路面結構對地基剛度突變的響應舊路基由于經(jīng)過多年的運營使用，路基填土在行車荷載的反復作用下產(chǎn)生了不斷的壓密，路基模量也得到了相應的提高，而新路基在拓寬道路運營初期的模量則相對較低；另外，如果拓寬工程大幅度提高了公路的等級，或者由于原有道

56、路的路基壓實度不足，則有可能新路基的回彈模量要高于舊路基的模量。所以，在道路拓寬工程中，新老路基存在著回彈模量的差異，在新老路基結合部左右，會出現(xiàn)地基剛度的突變，這種情況類似于橋頭部位的剛度突變，會給行車舒適性帶來一定的影響，也有可能給路面結構帶來一定的損傷。為了更好地了解新老路基之間剛度差的變化對受力狀態(tài)的影響，可采用新加寬路基與老路基的模量比（即E0new/E0old）的變化進行模擬。分析中固定老路路基的模量不變，選擇5種不同的新老路基模量比，即E0new/E0old0.35、0.70、1.05、2.00，對路面結構進行分析。得到不同模量比時的路面結構分析指標的計算結果如圖4-7，并在表4

57、-3種列出了不同模量比時路面表面變形和基層層底彎拉應力峰值以及它們的減小速率。圖4-7 新老路基模量比對路表變形及基層層底拉應力的影響表4-3 不同模量比時路表變形與基層層底彎拉應力峰值及減小速率E0new/E0old分析指標0.350.701.051.502.00路表變形（um）計算值3.66275245234227減小速率（%）24.910.85.84.5基層層底彎拉應力（MPa）計算值0.2010.1830.1710.1670.165減小速率（%）9.06.61.61.0表4-3 不同模量比時路表變形與基層層底彎拉應力峰值及減小速率由圖4-7和表4-3可以看出，隨著新老路基模量比的逐步增

58、大，即新路基模量逐步接近甚至超過老路基的模量，路表變形和基層層底拉應力均發(fā)生明顯的減小，其中路表變形減小的幅度更大。無論是路表變形還是基層層底彎拉應力，在模量比小于1.0時，隨著模量比的增大均有明顯的減小，路表變形的減小速率達到10%以上，基層層底彎拉應力的減小速率也達到了5%以上；當模量比超過1.0%后，隨著模量比的增大，它們的減小速率明顯減小，路表變形的減小速率只有5%左右，而基層層底彎拉應力的減小速率則只有1% 左右。由此可見，新老路基模量比的增大明顯有利于改善路面結構的受力狀態(tài)，但新路基的模量仍以接近或達到老路基的模量為宜。一是因為模量比過大對改善路面結構受力狀態(tài)的貢獻并不是很明顯，二

59、是因為模量比增大會使新老路基結合部處治技術的技術成本過高。四拓寬路基的設計理論和方法 4.1 路基拓寬的設計計算理論 4.4.1 拓寬道路的損壞模式與拓寬設計狀態(tài) 1、新老路基結合部剪切開裂 其形成機理通常與各種原因引起的新老路基結合面滑移有關。與這類損壞模式相對應的設計狀態(tài)為：結合面上的剪應力結合面抗剪強度圖4-1 路基結合部剪切開裂模式 2、新老路面結合部彎拉開裂 其形成機理為新老路基頂面不協(xié)調變形呈“”型，在新老路面結合部的基層頂面或底面產(chǎn)生附加彎拉應力。當附加應力超過基層彎拉強度時，即造成結合部基層頂面或底面的拉裂。與這類損壞模式相對應的設計狀態(tài)為：不協(xié)調變形引起的結合部路面基層頂面結

60、構附加應力結合部路面基層彎拉強度（基層頂面受拉）不協(xié)調變形引起的結構底面附加應力結構底面荷載應力基層彎拉強度（基層底面受拉） 3、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)調變形，從而在老路基層頂面產(chǎn)生附加彎拉應力，當附加應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的設計狀態(tài)為： 路基變形引起的老路基層頂面結構附加應力老路基層彎拉強度圖4-3 基層頂面開裂模式 4、新（老）路基層底面開裂 其形成機理為新（老）路基頂面形成下凹形不協(xié)調變形，在新（老）路基層底面產(chǎn)生結構附加應力，當該附加應力和行車荷載在基層底面產(chǎn)生的荷載應力疊加后超過基層彎拉強度時，即造