改擴(kuò)建高速公路新老路基沉降差異控制淺析

華　升

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，交通運(yùn)輸需求激增，對(duì)現(xiàn)有的公路網(wǎng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，高速公路拓寬擴(kuò)建因其占地少、成本低等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，但在改擴(kuò)建高速公路中新老路基的不均勻沉降問(wèn)題也成為困擾其發(fā)展的技術(shù)瓶頸，成為擺在高速公路設(shè)計(jì)者面前的一大新課題。本文以G40滬陜高速公路葉集至羅山段為例，探討造成新老路基沉降差異的成因，并提出相應(yīng)的破解方案，以期拋磚引玉，對(duì)我國(guó)高速公路改擴(kuò)建提出有益的參考。

關(guān)鍵詞：路基沉降差異；公路拓寬；破解難題

一、技術(shù)瓶頸

隨著2002年5月沈大高速公路加寬八車道的施工，拉開(kāi)了我國(guó)大規(guī)模高速公路改擴(kuò)建的序幕。之后滬寧、廣佛、滬杭甬等也相繼進(jìn)行拓寬改造?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)道路拓寬工程對(duì)于新加寬路基基底通常采用復(fù)合地基、豎向砂井和塑料插板排水、基底清淤換填等措施；對(duì)新老路基銜接采取舊路路堤開(kāi)挖臺(tái)階、土工合成材料加筋墊層和加筋土路堤、改良土高強(qiáng)路堤和輕質(zhì)路堤等技術(shù)方案。由于我國(guó)高速公路改擴(kuò)建工程剛剛起步，國(guó)內(nèi)從設(shè)計(jì)到施工，理論研究尚處于探索階段，亦沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可循，同時(shí)老路的改擴(kuò)建約束條件多，用新建工程的思路和設(shè)計(jì)方法與原有的公路建設(shè)技術(shù)進(jìn)行拼接難以應(yīng)對(duì)實(shí)踐復(fù)雜的技術(shù)難題，這已成為制約我國(guó)高速公路設(shè)計(jì)技術(shù)的掣肘。為此，各省的公路同行們也都在進(jìn)行積極的探索，筆者現(xiàn)以G40滬陜高速公路葉集至羅山段工程（下稱葉羅高速公路）為例分析新老路基沉降差異控制難的問(wèn)題，并提出自己的淺見(jiàn)。

二、成因分析

技術(shù)的攻克必須對(duì)問(wèn)題的癥結(jié)進(jìn)行深度分析，這是實(shí)施改擴(kuò)建方案的第一步。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該項(xiàng)目位于淮河南側(cè)及大別山北麓山前傾斜崗地，地勢(shì)以南部和西部較高，逐漸向東北傾斜，山地、丘陵、壟崗和平原，地貌條件屬平原微丘區(qū)，地下水位淺，地表水塘廣布，淺層地基土多呈軟塑狀，存在軟弱土，層位不穩(wěn)定。

現(xiàn)有路面已出現(xiàn)許多縱向裂紋，寬3mm～15mm不等，長(zhǎng)度有的不到1m，有的30m～40m，還有的長(zhǎng)達(dá)百米，還伴有橫向裂縫和弧形裂縫。路線經(jīng)過(guò)地區(qū)的地質(zhì)情況：

（一）地質(zhì)軟弱——地質(zhì)剖面自下而上：

1.素填土：灰黃色，可塑性黏土，壓縮模量Es＝3-6MPa,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=80-120kPa；

2.粉質(zhì)黏土/亞黏土：灰黃色為主，可塑、結(jié)構(gòu)性差，屬新近沉積沖積層。壓縮模量Es=4-8MPa,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=90-110kPa；

3.淤泥質(zhì)黏土/粉土：灰黑色、新近湖塘相沉積層，底部有沖積的砂卵石，中等偏高的壓縮性，平均壓縮模量Es=1.5MPa,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=40kPa；

4.可塑黏土：雜黃色，中更新統(tǒng)黏性土，壓縮模量Es=5-10MPa,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=80-100kPa，一般1.0m-6.0m；

（二）對(duì)老路路基填土鉆探、試驗(yàn)

老路基填筑高、含水量大，地下水位高——由于該路段地形復(fù)雜，多為填方區(qū)，填土高度一般在2-4m，填土高度大于4m路面大多出現(xiàn)不同程度開(kāi)裂，特別是填土高度大于8m路面開(kāi)裂尤為嚴(yán)重，對(duì)老路路基填土鉆探、試驗(yàn)結(jié)果如下：

1.老路路基填土：含水量為ω=20-25%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度R=0.1-0.8MPa。

2.地基與路堤間軟土層：含水量為ω=25-40%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度R=0.01-0.2MPa。

通過(guò)調(diào)查勘探，筆者認(rèn)為現(xiàn)有道路使用狀況不太理想，由于路堤下軟土承載力不足產(chǎn)生的變形、地基與路堤間軟土層的流變、路堤中土體高含水、半剛性基層膠結(jié)差等因素致使路面裂縫等病害形成，新建道路欲實(shí)施搭接的路基土質(zhì)不良，路基邊坡松軟，對(duì)于搭接極為不利。具體而言，造成新老路基沉降差異的原因有以下幾種情況：

（1）由于加寬項(xiàng)目與新建項(xiàng)目在施工工藝上有所區(qū)別，施工單位在施工過(guò)程中缺少新技術(shù)方面的施工經(jīng)驗(yàn)；可以進(jìn)行針對(duì)性的培訓(xùn)，可以解決，非要因。

（2）施工單位施工機(jī)械嚴(yán)重老化造成施工質(zhì)量不穩(wěn)定；可以通過(guò)對(duì)機(jī)械性能改進(jìn)，或提高監(jiān)理控制力度，可以彌補(bǔ)，非要因。

（3）缺少壓實(shí)功效高的碾壓設(shè)備，路基填筑的壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；增加碾壓設(shè)備或提高監(jiān)理控制力度即可解決，非要因。 （4）路基填土土質(zhì)強(qiáng)度低，現(xiàn)場(chǎng)的取土場(chǎng)土樣分析94、96區(qū)的CBR值均不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，這樣拼寬路基的強(qiáng)度就難以保證，為路基施工后沉降加劇埋下隱患，新老路基的開(kāi)裂就有了誘因，因此是主要因素。

（5）原邊坡挖臺(tái)階搭接設(shè)計(jì)不合理，原設(shè)計(jì)未針對(duì)老路基填料質(zhì)量差、壓實(shí)度低、強(qiáng)度不均勻等現(xiàn)狀，而采用在原邊坡開(kāi)挖臺(tái)階，將老路邊坡作為新路基的基礎(chǔ)，勢(shì)必造成新老路基結(jié)合整體強(qiáng)度偏低，成為新老路基的開(kāi)裂的又一誘因，因此是主因。

（6）路線在穿越池塘、淤泥段落時(shí)路基基底僅進(jìn)行拋石擠淤、清淤換填淺層處治不合理，根據(jù)后期地質(zhì)詳勘，地層多存在軟弱層，不進(jìn)行針對(duì)性的處理，基底存在軟弱下臥層，后期基底橫向滑移的可能性很大，成為新老路基的開(kāi)裂的又一誘因，因此是主要因素。

經(jīng)分析論證，筆者認(rèn)為造成葉羅高速公路新老路基沉降差異的三個(gè)主要因素是：

Ⅰ 路基填土土質(zhì)強(qiáng)度低，路基填筑材料差。

Ⅱ 新舊路基邊坡挖臺(tái)階搭接設(shè)計(jì)不合理。

Ⅲ 路基在經(jīng)過(guò)池塘、淤泥路段時(shí)基底僅進(jìn)行淺層處治不合理。

三、解決方案

根據(jù)上述現(xiàn)有的地質(zhì)狀況及路面特征，對(duì)地基的技術(shù)處理成為在改擴(kuò)建中的重中之重，為此，筆者提出如下應(yīng)對(duì)方案：

（一）對(duì)路基填筑填料進(jìn)行改良、提高路基填料強(qiáng)度

結(jié)合以往高速路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)路基填料土改良、提高土料強(qiáng)度，需對(duì)路基填土進(jìn)行摻外加劑改良，這就需要確定外摻劑種類和摻配比例。由于葉羅路全長(zhǎng)136km，十個(gè)施工標(biāo)段的土場(chǎng)土質(zhì)各不相同——黏性土、砂性土、個(gè)別標(biāo)段甚至只能采用高含水量的土場(chǎng)、而有的標(biāo)段卻可利用開(kāi)山碎石土，情況不同自然要分類對(duì)待。

合理確定外摻劑種類和比例，首先要結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際情況，更要結(jié)合該項(xiàng)目拓寬的特殊性。由于該地區(qū)缺乏砂石材料，老路基含水量較高，僅以規(guī)范提出的CBR值為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行摻配，路基結(jié)合后，新拼寬路基必然受老路基滲水的影響，強(qiáng)度又有降低的可能，為了能保證路基的壓實(shí)度，在設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高相應(yīng)層次的CBR值的標(biāo)準(zhǔn)。

提出CBR值在現(xiàn)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高10%~15%即：94區(qū)為15%~20%，96區(qū)為18%~23%；摻配種類：對(duì)于黏土摻生石灰改良，砂土采用水泥，開(kāi)山砂石土達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的即可填筑，不符合標(biāo)準(zhǔn)的也需摻水泥改良。此方案向院總工辦進(jìn)行匯報(bào)，并得到了有關(guān)專家的認(rèn)可。后經(jīng)施工現(xiàn)場(chǎng)摻配檢測(cè)，所提標(biāo)準(zhǔn)是合理的，按照該方案即可解決路基土填料不合規(guī)范要求，可有效的增加路基強(qiáng)度。

（二）整體切除老路路基邊坡，基底鋪設(shè)格柵

是否能針對(duì)實(shí)際道路情況采取科學(xué)合理銜接方案，是決定新舊路基工后沉降差異得到較好控制的關(guān)鍵因素之一。該項(xiàng)目新舊銜接采用的是在老邊坡開(kāi)挖臺(tái)階來(lái)改善結(jié)合部的整體性；而根據(jù)和沈大路、滬杭甬路加寬同行了解，他們也是采用了老路基邊坡開(kāi)挖臺(tái)階的方案。

由于該路存在老路基填土質(zhì)量差、壓實(shí)度普遍不夠等特殊性，認(rèn)為在現(xiàn)有的老邊坡上開(kāi)挖臺(tái)階，以老路基為基礎(chǔ)的原設(shè)計(jì)方案并非是科學(xué)的。為了保證新老路基較好的銜接，工后沉降差異得到有效的控制，將在原路基邊坡開(kāi)挖臺(tái)階改為：路基填高在4米內(nèi)的路段，路基直接以1:0.5的坡率削坡；路基高于4米的，上部4米內(nèi)以1:0.5的坡率削坡，下部以1:0.75的坡率削坡。并且只保留底層的土工格柵，輔以碎石墊層以提高基底強(qiáng)度。

（三）針對(duì)性的深層地基處理，控制后期基底橫向滑移

葉羅路多為高填路基，針對(duì)不同地質(zhì)條件提出了水泥的摻配比例，以及樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距等參數(shù)供施工單位參考。

1.道路拓寬時(shí)新建路基最好采用砂石類透水性材料，但當(dāng)取料有困難，可采用針對(duì)土質(zhì)的改良手段，可以取得較好的路基填筑效果。

2.邊坡銜接時(shí)，我們針對(duì)原路基狀況較差的實(shí)際，大膽地采用了按陡坡率削坡的措施，使得路基穩(wěn)定性更得到了保證。

3.邊坡銜接處增加土工格柵材料是必要的，土工格柵設(shè)置的合理位置區(qū)，不僅節(jié)約了投資，也提升了設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。

以上是筆者個(gè)人的淺見(jiàn)，難免有疏忽之處，但筆者旨在拋磚引玉，以期引起更廣泛的探討，為我國(guó)在高速公路改擴(kuò)建中的技術(shù)難題提出相應(yīng)的破解方案，以此推動(dòng)我國(guó)高速公路改擴(kuò)建的穩(wěn)健發(fā)展。