摘要：基於高速公路拓寬工程沉降控制複合地基優化設計，分析擴寬工程的沉降控制標準，闡述沉降控制的模型及條件以及計算結構，總結複合地基的優化設計方法，通過這些方法改善擴寬工程的路基施工效果。
關鍵詞：高速公路；拓寬工程；複合地基
優化城市經濟和人口的增加，促使交通行業更加繁榮，目前很多工程針對高速公路進行拓寬，緩解車輛通行的壓力。本次研究的高速公路其原路經過多年經營，沉降已經基本完成，在此基礎上進行拓寬，會產生較多差異。新舊荷載在新老路基上具有明顯的體現，容易在擴建後出現路面開裂等問題。由此要對高速公路擴建工程的沉降情況進行認真分析，掌握地基複合設計的優化特點，並總結如下。
1擴寬工程的沉降控制標準分析
高速公路拓寬工程軟土地基會出現沉降，要想降低施工對原有路面的不良影響，應認真分析高速公路的沉降控制標準，掌握新老路基的差異。結合公路的固結程度不同，分析沉降差異，為符合地基的優化設計奠定基礎。
1.1沉降控制標準
高速公路軟土地基進行拓寬設計，需要掌握原有路基的沉降情況，分析新建路基與老路基之間的差異，並進行有效控制。路基拼接中，新老路基的橫坡度變化應小於0.5%，針對原路中心的沉降附加值要控制在30mm內，否則路面會出現開裂[1]。
1.2沉降控制標準的有限元分析
綜合分析高速公路拓寬工程，主要體現為平面變化，可以結合二維平面有限元進行整體分析。這個過程需要利用對稱性的特點，選取一般地基進行分析。高速公路路面層、補強調平層均選用混凝土材料，非線性彈性計算。基層和路堤填土，需要利用特定材料計算彈塑性。針對沉降導致的路面結合變化，分析這種應力變化，要杜絕路堤的重力影響，不考慮穩定變化，運用20℃的材料進行分析。拓寬工程中，土體、墊層和下臥層，均假設為各項均質材料，在層與層之間沒有相對位移，主要是連續接觸。由此分析，拓寬路堤的接縫處能夠與原路堤形成一個整體。
2拓寬工程沉降控制的模型及條件控制
針對沉降控制模型，應計算出幾何數值，結合路段的標準橫斷面和路面結構方案，設計施工設計的簡圖，其路面層如圖1所示。拓寬工程要注重邊界的控制，其中左邊界處於路的橫斷面橫線處，其在水平方向位移，上邊界和右邊界比較自由，這種條件下，需要研究沉降的原因與數值。針對路堤變形進行較好設計，凸顯約束作用，完善擴寬工程施工[2]。路堤荷載是路堤地面處的位移量，要結合公路擴建以及沉降進行有效設定。在模擬計算中，要掌握橫斷面的沉降分佈，計算100個荷載時的沉降數值，並逐漸增加。
3混凝土路面計算結果
針對路堤底面施加位移之後，需要計算路面的附加拉、壓應力向量圖。結合具體的資料圖表，能夠發現路基屬於沉降差異較大，補強調平層上部的受拉情況明顯，下部受壓，其附加的拉應力都在接縫處體現，所以主應力會與路面形成平行效果。針對路面頂面處、底面處的平層拉應力分析，其之間具有特定的聯絡。路面附加應力的最大值，與施工預期相比，針對老路堤的接縫位置相差4m距離[3]。當新拓寬路面接近接縫位置2m，會出現較大的附加拉應力。針對施工後路基橫向沉降比與路面最大附加拉應力，能夠組成正相關係，這種條件下，拉應力與工後路基橫向沉降比之間經過有限元結構分析，新老路基施工後沉降比為新老路基路拱橫向坡度變化值。實際計算中，沉降比為0.5%時，最大的附加應力能夠達到0.67Mpa，超過路面結構中的水泥穩定碎石水泥級配碎石的極限抗拉強度，所以在高速公路拓寬工作中，要將橫向坡度變化控制在0.45%以內，防止出現超額沉降。
4水泥土攪拌樁複合地基優化設計
該高速公路拓寬工程，土層為軟塑性淤泥，層厚為7m，其層頂面埋深在1m左右。原有路面在軟土路基處理中，要使用塑料排水板。針對砂墊層以及其他軟土層的分佈特點，要使用軟土處理方法，綜合比較拓寬路基，運用水泥土攪拌樁複合地基，樁長為8m，直徑為0.5m，摻入的'水泥比為15%。
4.1計算沉降拓寬工程路堤下的軟土地基變形計算，需要分析荷載分佈特點，掌握新老路基的影響因素，這個過程很難進行理論計算，一般的計算方法能夠進行簡化，但計算結果不夠準確[4]。目前選用有限元的處理方法，將高速公路拓寬工程環境模擬出來發，針對不規則的加寬路堤部分，可以使用網路劃分成多個小單元，在多種形狀分析中都得到很好的使用。有限元分析法能夠再現地基軟土的變形規律、軟土固結規律以及應力等，在實際計算中，結合水泥土攪拌樁複合地基的沉降數值，然後繪製標準斷面的路基沉降曲線，得到沉降數值。由此分析拓寬路堤軟土地基經過水泥土攪拌樁加固後，沉降會有所降低，最大沉降在6～8m內。路基沉降基本以老路堤坡腳為依據與軸線，逐漸向兩邊減少。在水泥土攪拌樁樁間距的作用下，從1.2m增加到1.6m，老路中心處的附加沉降約為0.5～1cm。
4.2設計優化結合路基差異沉降計算結構，運用多種樁間水泥土攪拌樁複合地基都能夠滿足路基拱橫向坡度變化小於0.5%的差異沉降控制標準，但是應結合設計優化，選取更加合理的樁間距。當差異沉降過大，超過路面結構差異沉降允許值時，路面結構遭到破壞，這種過高的面積置換率，無法有效提升路基沉降效果，反而造成浪費[5]。結合沉降控制標準，控制水泥土複合地基的面積置換率為8.9%，可以達到規定要求。如果面積置換率過高，這種設計形式過於保守，不夠經濟。綜合考慮，本次計算中，主要採用樁土複合模量，充分發揮樁土協調作用，實際工程中，樁與土存在一定不協調，土比樁沉降大，導致總沉降值增加。實際計算中，複合地基的面積置換率比預期計算要大，本斷面水泥土攪拌樁複合地基的面積置換率為10.1%，由此選用剛度較大的樁頂墊層，避免柔性基礎對複合地基造成影響。承載力驗算中，水泥土攪拌樁複合地基的在樁體和褥墊層施工質量可靠情況時，本次設計中，計算水泥土樁長需要與設計相符，保證水泥滲入比15%。路面面積置換率為10.01%，這種條件下，複合地基承載力能夠達到150kPa，大於斷面設計預期荷載，由此要進行有效協調。綜合以上分析，都體現了複合地基在拓寬工程進行沉降控制的方法，通過沉降控制的數值影響，滿足經濟性和建築物結構。整個過程，要滿足路面施工效果，不會出現額外問題。這種做法在高速公路拓寬工程地基處理較高的基礎上，具有重要意義，所以優化設計凸顯了實用效果。
5結論
關於高速公路拓寬工程沉降控制具體總結如下：
（1）高速公路的沉降控制標準，掌握新老路基的差異。路基拼接中，新老路基的橫坡度變化應小於0.5%，針對原路中心的沉降附加值要控制在30mm內，否則路面會出現開裂。
（2）拓寬工程中，土體、墊層和下臥層，均假設為各項均質材料，在層與層之間沒有相對位移，主要是連續接觸。
（3）路堤荷載是路堤地面處的位移量，要結合公路擴建以及沉降進行有效設定。
（4）高速公路拓寬工作中，要將橫向坡度變化控制在0.45%以內，防止出現超額沉降。拓寬路基，運用水泥土攪拌樁複合地基，樁長為8m，直徑為0.5m，摻入的水泥比為15%。
（5）繪製標準斷面的路基沉降曲線，得到沉降數值，結合設計優化，選取更加合理的樁間距。
參考文獻：
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[3]雷金波，陳從新.帶帽剛性樁複合地基現場足尺試驗研究[J].岩石力學與工程學報，2010（8）：1713-1720.
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