1. 研究目的与意义
自1988年开始建设高速公路以来,我国高速公路建设向世界前列高速发展。至1998年底.全国高速公路通车总里程达到6258公里,跃居世界第八:1999年年底,突破1万公里,位居世界第四;2000年年底,达到1.6万公里,居世界第三。目前,通车里程已突破2万公里。国务院制定的九五计划后3年和2010年国民经济总体规划中关于我国公路发展方针长远目标是合理布局、突出重点、扩大规模、增加数量、提高质量。我国公路建设正在实现跨越式发展,路网结构逐步扩展优化。在已经建成使用的高速公路中,由于受建设时社会经济水平、技术水平和建设思想的制约,有相当一部分已不能适应交通量增加和社会发展的要求,有的还出现了比较严重的路面病害。从长远和经济的角度讲,高速公路的改扩建工程将是我国本世纪初公路建设所面临的非常重要和必须解决的问题。相对于新建公路而言,改扩建原有道路提高现有线路的等级更显得经济实用。
本文首先对新老路基力学性能进行分析,包括气候条件,交通条件,设计建造等。然后提出合理的加宽方案并进行对比分析,再建立模型进行设计和验证,在可行性经济性的基础上,提出合理的新老路路基拓宽拼接方案,并对路基建设过程质量控制提出相应的要求,为高速公路老路扩宽工程提供有益的参考。
2. 国内外研究现状分析
国外一些较早修建高速公路的国家,因对交通网络的合理布置和规划,很少遇到新老路基拓宽,即使实际需要公路拓宽也是通过预先设置一定宽度的中央分隔带,避开公路拓宽带来的一些问题。因此,国外对公路改扩建研究也很少,对公路拓宽建设没有系统的设计理论。而我国由于经济和社会的发展,上世纪90年代建设的道路已经不能满足需求。近几年来,东部沿海一带发达地区,随着第一条广佛高速公路拓宽工程的成功建设,相继出现了海南环岛东线、沪杭甬、沪宁等高速拓宽公路的拓宽建设。路堤沉降计算新老路基不均匀沉降是公路拓宽病害的根本原因,如何准确计算新老路基顶面沉降是控制不均匀沉降的前提。
嵇如龙对软基上路基拓宽处理技术进行了研究,采用分层总和法计算新老路基工后沉降。具体做法是:拓宽路基的最终沉降量减去老路基已完成沉降量的差值,即为拓宽新路基的总的沉降量,还需要用此差值再乘以拓宽新路基未完成的沉降系数,即为拓宽路基的工后沉降。该计算方法可以近似模拟软基上低路堤的拓宽路基沉降,但对于高填方来说,工后自身压缩变形不容忽视,尤其对于山区公路拓宽路基不均匀沉降主要来自于新路基自身压缩变形,此沉降计算方法并不适用于山区公路改扩建工程。
杨卫东在传统分层总和法的基础上,采用修正因子(即考虑路基横断面变化)改进附加应力,计算拓宽公路沉降。但是由于没有认清分层总和法附加应力,使得该方法有很大的不足之处。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
本文通过查阅国内外文献,分析新老路基对接损坏对整个路面结构受力的影响,了解由于新老路基对接设计不合理而导致路基出现裂缝,坍塌等病害的原因。分别考虑单侧加宽和双侧加宽时同时承受水平力和垂向力作用时,新来路基对接处结构内部应力分布及变化情况。
重点考察层间不均匀沉降的分布规律,了解对接处受力状态的改善作用,提出合理的加宽方案。根据不同类型的加宽方案不均匀沉降以及裂缝的分布情况,合理确定加宽方式和施工方案等。在设计过程中在力学分析的基础上,提出合理的长寿命对接方式,并对路基建设过程质量控制提出相应的要求。
4. 研究创新点
进行新老路基拼接技术设计,有以下几点特色:
1.老路改造主要是沿老路进行布线,因此能够大量节约耕地,充分利用原有路基和桥涵构造物以减少投资,同时减少对农田基本规划和农田水利设施的影响。
2.将原来的二、三级路改建成一、二级公路,路面质量将有很大提高,对沿线的环境状况将有明显的改观,减轻了噪声、粉尘、废气等污染。
