城市道路改扩建工程中新旧路基差异沉降控制技术研究

一、新旧路基差异沉降产生的原因

1. 地基条件差异

在城市道路改扩建工程中，旧路基下的地基经过长时间的荷载作用，已经基本完成了固结沉降。而新路基部分的地基，其固结程度相对较低。不同区域的地质条件本身就存在差异，如软土地基、砂土地基等，这些不同性质的地基在承受路基荷载时，会产生不同程度的沉降。软土地基的压缩性较大，在路基填筑后容易产生较大的沉降；而砂土地基虽然压缩性相对较小，但在动荷载作用下可能会发生砂土液化等现象，也会导致沉降。

旧路基周边的地下水位变化情况也会对地基产生影响。如果新路基施工时地下水位发生改变，可能会引起地基土的有效应力变化，从而导致地基沉降。

2. 填筑材料差异

新旧路基所采用的填筑材料往往不同。旧路基使用的填筑材料可能是早期的天然土、碎石等，经过长期的压实和自然沉降，其密实度和稳定性已经达到了一定程度。而新路基在填筑时，可能会采用新型的填筑材料，如水泥稳定土、土工合成材料等。这些新型材料与旧路基材料的物理力学性质存在差异，如压缩性、抗剪强度等。

不同填筑材料的压实性能也有所不同。一些新型填筑材料可能需要特定的压实工艺和设备才能达到良好的压实效果。填筑材料的级配也会影响路基的沉降。级配良好的填筑材料能够形成较为密实的结构，减少孔隙率，降低沉降的可能性。

3. 施工工艺和时间差异

新旧路基的施工工艺存在明显差异。旧路基在施工时，可能受到当时技术和设备的限制，施工工艺相对简单。而新路基施工采用了更加先进的施工技术和设备，如分层填筑、强夯法等。不同的施工工艺会影响路基的压实效果和填筑质量。

施工时间的差异也会对路基沉降产生影响。旧路基经过了较长时间的自然沉降和稳定过程，而新路基在施工完成后，需要一定的时间来完成固结沉降。在这个过程中，新旧路基的沉降速率不同，容易产生差异沉降。

二、常用的新旧路基差异沉降控制技术

1. 地基处理技术

换填法是一种常用的地基处理技术。对于软土地基等压缩性较大的地基，将一定深度范围内的软弱土挖除，换填为强度较高、压缩性较小的材料，如砂、碎石等。这样可以提高地基的承载能力，减少地基的沉降。换填法的关键在于确定合理的换填深度和换填材料的质量。

排水固结法也是一种有效的地基处理方法。通过在地基中设置排水通道，如砂井、塑料排水板等，加速地基土中孔隙水的排出，使地基土在较短时间内完成固结沉降。排水固结法适用于饱和软黏土地基，能够显著减小地基的后期沉降。

2. 加筋技术

土工合成材料加筋是在路基填筑过程中铺设土工格栅、土工布等土工合成材料。这些材料具有较高的抗拉强度和柔韧性，能够增加路基的整体性和稳定性。土工合成材料可以约束土体的侧向变形，减小路基的差异沉降。

加筋土挡土墙也是一种常用的加筋技术。它是在填土中设置一定数量的拉筋，并与面板相结合，形成一个整体的复合结构。加筋土挡土墙能够有效地抵抗土体的侧向压力，减小路基的侧向位移和沉降。

3. 路基填筑技术

分层填筑是路基填筑的基本要求。按照规定的厚度分层填筑路基材料，并采用合适的压实设备进行压实，能够保证路基的压实度均匀一致。分层填筑可以使每层填筑材料在压实过程中得到充分的压实，减少后期的压缩变形。

在新旧路基衔接处，采用台阶式填筑方法可以增强新旧路基的结合。将旧路基边坡开挖成台阶状，然后在台阶上分层填筑新路基材料，使新旧路基形成一个整体。台阶的高度和宽度应根据设计要求进行合理设置。

三、控制技术的应用案例分析

1. 工程概况

某城市道路改扩建工程，道路全长 5 公里，其中新旧路基衔接段长度为 2 公里。该路段原道路为双向两车道，为满足日益增长的交通需求，将其改扩建为双向四车道。旧路基为多年前修建，采用天然土填筑，地基为软土地基。新路基采用水泥稳定土填筑，地基处理采用排水固结法。

该路段地下水位较高，地质条件较为复杂，存在一定厚度的软土层。在施工前，对该路段进行了详细的地质勘察，了解了地基的土层分布和物理力学性质。

2. 控制技术的应用

在地基处理方面，采用排水固结法。在新路基范围内设置了塑料排水板，间距为1.2 米，深度为10 米。然后在地基表面铺设砂垫层，厚度为0.5 米。通过堆载预压的方式，加速地基土的固结沉降。在堆载过程中，对地基的沉降和孔隙水压力进行了实时监测，根据监测结果调整堆载的速度和高度。

在新旧路基衔接处，采用了土工格栅加筋技术。在衔接处铺设了两层土工格栅，间距为 0.5 米。土工格栅的宽度为 3 米，延伸至新路基和旧路基一定长度。通过土工格栅的加筋作用，增强了新旧路基的整体性和协同工作能力。

3. 效果分析

通过对该工程的长期监测，结果表明采用的控制技术取得了良好的效果。在施工完成后的一年内，新旧路基的差异沉降控制在允许范围内。路面平整度良好，未出现明显的裂缝和坑洼等病害。

从地基沉降监测数据来看，地基的沉降速率逐渐减小，说明排水固结法有效地加速了地基土的固结过程。土工格栅加筋技术的应用，使得新旧路基之间的差异沉降明显减小，提高了路基的稳定性。该工程的成功实施，为类似城市道路改扩建工程提供了宝贵的经验。证明了合理运用地基处理技术、加筋技术和路基填筑技术等控制技术，能够有效地减小新旧路基差异沉降，提高道路的使用性能和寿命。

结语：城市道路改扩建工程中新旧路基差异沉降问题是一个复杂且关键的问题，它直接关系到道路的质量和使用安全。通过本文的研究可知，新旧路基差异沉降产生的原因主要包括地基条件差异、填筑材料差异以及施工工艺和时间差异等。为了有效控制这些差异沉降，我们探讨了多种常用的控制技术，如地基处理技术、加筋技术和路基填筑技术等。并通过实际工程案例验证了这些控制技术的有效性。

在实际工程中，应根据具体的工程地质条件、施工要求和经济因素等，综合选择合适的控制技术。在施工过程中要严格按照施工规范和设计要求进行操作，加强施工质量控制和监测。通过实时监测新旧路基的沉降情况，及时调整施工参数和控制措施，确保差异沉降在允许范围内。

未来，随着城市的进一步发展和道路改扩建工程的增多，还需要不断深入研究新旧路基差异沉降控制技术。探索更加先进、有效的控制方法和技术，提高道路工程的质量和耐久性。要加强对控制技术的应用和推广，促进城市道路改扩建工程的可持续发展，为城市的交通建设和经济发展提供有力的保障。

参考文献：

[1]王珂.高速公路改扩建工程新旧路基差异沉降发生模式与控制标准研究[D].山东省:山东大学,2018.

[2]张大伟.内蒙古地区公路改扩建工程路基差异沉降控制技术研究[D].陕西省:长安大学,2012.