何小龙 （中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

1 引 言

随着我国城市化水平不断提升，旧有市政道路越来越难以满足日常需求，使得许多市政道路急需改扩建，目前已有不少学者做了相关研究。黄琴龙等[1]通过足尺试验与有限元软件模拟的方法，分析了道路经过改扩建后的新路基与旧有路基的差异变形对道路结构的影响；付海峰等[2]通过数值模拟的方法，分析了加桩对改扩建后软土地基的沉降改善作用，并将模拟分析结果与实测数据进行对比，为工程实践提供了宝贵资料；翁效林等[3]使用土工离心机模型试验，对改扩建后的新建路基与旧有路基的差异沉降进行了分析，得出了其差异沉降的影响因素，并给出了改善建议；杨广庆等[4]通过数值分析方法，研究了不同加宽方式对改扩建工程后的地基位移与路基沉降的影响，并得到了特征规律，为工程实践提供了参考；沈立森等[5]通过使用有限元方法，分析了改扩建前后的地基表面附加位移的变化规律，并对土工格栅加筋的技术进行了分析，验证了该技术的工程实用性；邓卫东等[6]采用简化毕肖普法，对多种工况进行了分析，得到了不同等级的道路在各种工况下的路基稳定性安全系数；刘光明[7]通过对国内外的实际工程案例进行分析，对软土地基上市政道路改扩建后新建路基与旧有路基差异沉降成因进行总结，并提出了防治措施；傅珍等[8]通过有限元方法建立了计算模型，对改扩建工程后的路基差异沉降特性进行了分析，并总结得到了其影响因素以及影响规律；王家全等[9]结合实际道路改扩建工程，通过使用现场试验与数值模拟方法相结合，分析了改扩建工程后的路基位移及应力变化规律。

鉴于此，本文通过使用有限元软件对市政道路改扩建工程路基的稳定性影响因素、影响规律和控制技术进行了分析。

2 工程概况

本文针对湖北省某市政道路改建工程进行研究，该工程项目地处丘陵地带，地形较复杂，且工程项目区域内水系复杂，地下水系发达，表面径流受降水影响较大。本次改建将对旧有道路进行路基加宽，形式包括单侧加宽、双侧加宽与新建等形式。根据地勘资料，该市政道路改建工程所在地区的土体参数如表1所示。

土体参数表 表1

3 三维有限元模型

本文使用有限元软件建立了路基稳定性研究的有关模型。为了简化计算，将道路简化为二维模型。根据其对称性，本研究选取右侧路基进行建模分析，为了排除边界效应，模型宽度方向设置为80m，深度方向设置为50m，模型共计单元数8578个，节点数19772个，左右两侧及底部边界设置为固定边界，上侧边界设置为自由边界，模型示意图见图1。

图1 模型示意图

4 路基稳定性影响因素分析

本文根据实际工程，选取了包括路基坡率、路基加宽宽度和路基填筑高度在内的三个因素进行模拟，分析其对路基稳定性的影响规律。

4.1 路基坡率对路基稳定性的影响

根据工程实际，选取了典型断面作为模型的简化原型，简化后的路基模型宽14 m，填高8m，并设置1:0.5、1:1.0、1:1.5与1:2.0四组坡率进行对照分析。路基坡率对路基各工程性质的影响规律见图2。

图2 不同坡率路基土体工程特性变化规律

由图2可以发现，整体上，随着路基坡角的放缓，边坡的安全系数逐渐增大。虽然坡率由1:0.5放缓至1:1.5时，边坡各个方向的位移均随着路基坡角的放缓而增大，但边坡的安全系数得到了较大提升。而当坡率放缓至1:2时，各个方向的位移均大幅度降低，且稳定性安全系数达到最大。

4.2 加宽宽度对路基稳定性的影响

根据工程实际，本节同样选取了典型断面作为模型的简化原型。简化后的路基模型，旧有道路路基宽度取14m，高度取8m，坡率取1:1.5，并设置单侧加宽宽度6m、8m、10m和12m4组加宽宽度进行对照分析。路基加宽宽度对路基各工程性质的影响规律见图3。

图3 不同加宽宽度路基土体工程特性变形规律

由图3（a）、（b）可以发现，旧有道路在改扩建后，道路中心受到施工过程中的侧向挤压，在路基顶面出现了隆起，且路基顶面的最大差异沉降与路基加宽宽度成正相关，当路基单侧加宽宽度为6m时，最大差异沉降量为6.1cm；单侧加宽宽度为8m时，最大差异沉降量为8.3cm，是加宽6m时的1.36倍；单侧加宽宽度为10m时，最大差异沉降量为10.2cm，是加宽6m时的1.67倍；单侧加宽宽度为12m时，最大差异沉降量为11.7cm，是加宽6m时的1.92倍。

由图3（c）可以发现，旧有道路中心附近的地基由于受到施工过程中的侧向挤压也出现了隆起现象，且随着路基宽度的增加，路基下地基的最大沉降也随之增加。当路基单侧加宽宽度为6m时，新建道路路基的最大沉降量为5.5cm，是路肩处沉降值的0.89倍；单侧加宽宽度为8m时，新建道路路基的最大沉降量为7.1cm，是路肩处沉降值的0.85倍；单侧加宽宽度为10m时，新建道路路基的最大沉降量为8.6cm，是路肩处沉降值的0.85倍；单侧加宽宽度为12m时，新建道路路基的最大沉降量为9.7cm，是路肩处沉降值的0.83倍。因此，可以发现地基沉降是引起路基沉降的主要原因之一。

由图3（d）、（e）和（f）可以发现，路基表面的水平位移分布形式呈“勺子”状，且位移值随着路基加宽宽度增加而增加；而地基表面的水平位移分布形式呈“～”状。路基坡角处的水平位移值随着路基单侧加宽宽度增加而增加，而路肩处则不同，当单侧加宽宽度从6m增加到8m时，随着路基单侧加宽宽度增加而增加，但随着单侧加宽宽度由8m增加到12m时，路肩处水平位移随之减小。

5 结 论

本文采用有限元软件对道路改扩建问题进行了有限元分析，得到了以下结论：

①随着路基坡角的放缓，边坡的安全系数逐渐增大，实际工程中可以通过将坡角放缓来提高边坡稳定性，且需要做好排水措施；

②改扩建工程路基的位移变形受路基加宽宽度与填筑高度影响较大，实际工程中可以通过控制路基加宽宽度来改善路基边坡的稳定性；

③地基沉降是引起路基沉降的主要原因之一，在实际工程中，可以通过加固地基来有效控制路基沉降。