改建公路拓寬路基不均勻沉降預(yù)防處理措施

李亞軍

大廣高速赤峰至承德段公路工程項(xiàng)目，內(nèi)蒙古赤峰024000

摘要 目前國(guó)內(nèi)很多高速公路是利用原有一級(jí)公路改擴(kuò)建而成，舊路基沉陷一直是界內(nèi)人士研究的問(wèn)題。本文以大廣高速公路赤峰至承德K42+204.0-K102+910.0段一級(jí)公路改造高速公路為利，對(duì)原有一級(jí)公路部分路段的路基沉陷進(jìn)行了一定的機(jī)理分析，進(jìn)而提出具體的處理措施，以保證改建后的高速公路路基穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 公路施工；路基；不均勻沉降

中圖分類號(hào)U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）61-0130-02

1 項(xiàng)目概況

自從80年代以來(lái)，我國(guó)已修建7萬(wàn)多公里的高速公路，其中4車道占絕大多數(shù)。目前部分已修建4車道的通行能力已不能滿足日夜增長(zhǎng)的交通量的需求，需要對(duì)原有路基拓寬。由于高速公路擴(kuò)建工程是剛剛開(kāi)始的新事物，理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，可借鑒的成果較少，設(shè)計(jì)、施工、技術(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容規(guī)范都涉及不多，為了路基的安全，設(shè)計(jì)過(guò)于保守，不經(jīng)濟(jì)科學(xué)，造成了巨大的浪費(fèi)；另一方面由于對(duì)擴(kuò)建工程路基變形特性的認(rèn)識(shí)的模糊，跳不出新建工程的設(shè)計(jì)方法和認(rèn)識(shí)，出現(xiàn)局部路基失穩(wěn)，路面縱向開(kāi)裂的事故，社會(huì)負(fù)面影響大。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益的角度講，高速公路的改擴(kuò)建工程將是本世紀(jì)初我國(guó)公路建設(shè)亟待解決和必須解決的重要問(wèn)題，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和前瞻性。

高速公路的拓寬與拼接必然會(huì)遇到新老路堤的相互影響、新老高速公路的融合貫通、新老橋臺(tái)的拼接組合等問(wèn)題。由于新老路堤結(jié)合部存在道路施工時(shí)間的差異，導(dǎo)致地基固結(jié)和路堤壓縮程度不同而產(chǎn)生的新老路堤的不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)合部路面出現(xiàn)裂縫、破損、高差、行車不舒適性等現(xiàn)象，會(huì)影響高速公路安全并造成服務(wù)水平的降低，特別是軟土地基上的新老高速公路的拼接還可能引起路堤的失穩(wěn)和滑坡。

因此，高速公路接拼工程中的差異沉降是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題，如處理不當(dāng)，極易導(dǎo)致路面拉裂，影響路堤使用，給行車安全帶來(lái)隱患。所以開(kāi)展對(duì)高速公路拓寬工程相關(guān)問(wèn)題的研究就具有了十分重要的工程意義。

本項(xiàng)目需要拓寬的路段為原有錦山至茅荊壩公路全長(zhǎng)67.0km（K42+204.0-K102+910.0），按舊規(guī)范山嶺重丘區(qū)一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，計(jì)算行車速度60km/h ，路基寬度20m，即在原路20m寬路基的基礎(chǔ)上兩側(cè)加寬至26m，改為高速公路。原路含水量較高土質(zhì)路段約9.9km。

2 機(jī)理分析

根據(jù)赤承高速公路拓寬路段結(jié)合部處治的特殊性和理論計(jì)算評(píng)估，對(duì)比分析地基處治方法：粉噴樁復(fù)合地基、砂礫石換填、沉降可控地基處治方法；路基處治方法：加筋路堤、輕質(zhì)路堤；新舊路基連接處治方法：土工加筋、隔離墻、挖臺(tái)階等處治技術(shù)的設(shè)計(jì)思路、適用場(chǎng)合、工程效果和參數(shù)敏感性，為實(shí)際工程中處治技術(shù)的采用提供選擇的依據(jù)。

3 擬解決的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)施方案

3.1 赤承高速公路拓寬路段結(jié)合部協(xié)同沉降理論分析與機(jī)理研究

1）按原設(shè)計(jì)要求實(shí)施，模擬計(jì)算新加路基荷載導(dǎo)致的舊公路地基、新公路地基的沉降變形位移場(chǎng)，計(jì)算新舊公路地基的不均勻變形量，為工后沉降量的控制標(biāo)準(zhǔn)提供理論根據(jù)；

2）在按原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，模擬計(jì)算不同臺(tái)階尺寸時(shí)，新舊公路地基的不均勻沉降變形量；分析選擇最優(yōu)的臺(tái)階尺寸和形式。分別針對(duì)1.0m，1.5m，2.0m的臺(tái)階進(jìn)行模擬計(jì)算；

3）針對(duì)濕陷性黃土的試驗(yàn)段，模擬計(jì)算原設(shè)計(jì)方案（換填砂土，沖擊壓實(shí)）與試驗(yàn)方案（石灰樁等）的地基沉降情況；

4）針對(duì)高填方的試驗(yàn)段，模擬計(jì)算原設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)方案（混凝土樁、碎石樁等）的地基沉降情況、邊坡的穩(wěn)定分析；

5）根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果，與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，通過(guò)反復(fù)的調(diào)整計(jì)算參數(shù)、進(jìn)行反演分析，直至有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，以此標(biāo)定有限元計(jì)算的相關(guān)參數(shù)使之與實(shí)際情況符合；

6）用經(jīng)上述修正后的有限元分析模型分析部分典型路段，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比。通過(guò)對(duì)各典型路段的計(jì)算分析，總結(jié)新老路基不均勻變形的影響因素，不同影響因素作用條件下新老路基變形特征。為建立道路路基拓寬設(shè)計(jì)方法奠定基礎(chǔ)。

3.2 赤承高速公路拓寬路段結(jié)合部處治措施研究

本研究根據(jù)赤承高速公路拓寬路基具體特點(diǎn)，因地制宜地選用不同處治方式：

1）濕陷性黃土路段

工程地質(zhì)類型：濕陷性黃土根據(jù)厚度與填方高度不同采用不同措施，分為表層、淺層、深層三種類型。

（1）表層厚度為1.0m以內(nèi)，采用原設(shè)計(jì)方案，換填40cm砂礫，沖擊壓實(shí)并鋪筑土工格柵。試驗(yàn)段落43+200~43+350右幅；

（2）淺層處理，厚度為1.0m~3.0m，采用兩種處置方案：

方案一：簡(jiǎn)易石灰樁，石灰樁深度為50cm，樁徑30cm，按梅花形布設(shè)，成孔后填筑生石灰、砂礫，同時(shí)填筑砂礫層及鋪筑格柵。試驗(yàn)段落42+900~43+050右幅。

方案二：基底采用路拌機(jī)摻水泥石灰，摻配量控制在4％～8％，上部為砂礫墊層，試驗(yàn)段落K43+050~K43+200右幅。

（3）深層處理：砂礫樁，樁徑40cm，樁長(zhǎng)8m，樁距120cm采用振動(dòng)法施工，試驗(yàn)段落K55+220~K55+400右幅。

2）高填方路段

（1）原設(shè)計(jì)方案不變，施工結(jié)束后，進(jìn)行超載預(yù)壓，預(yù)壓段落48+700~49+000右幅；

（2）原地面進(jìn)行砂樁處理，樁徑40cm，樁長(zhǎng)5m，樁距120cm，主要目的為提高地基承載力，施工結(jié)束工后進(jìn)行預(yù)壓，試驗(yàn)段落48+500~48+700右幅。

3）半填半挖段落：設(shè)置盲溝，路床換填80厘米砂礫，試驗(yàn)段落71+400~71+650兩側(cè)；

4）鋪筑不同類型格柵，土工格室及單項(xiàng)格柵；鋪筑原設(shè)計(jì)格柵，臺(tái)階寬度變更為1米臺(tái)階，試驗(yàn)路段為K65+600~K65+700段落右幅鋪筑單向格柵，K65+950~K66+050段落右幅挖1米臺(tái)階，鋪筑原設(shè)計(jì)鋼塑格柵，K66+050~K66+150段落右幅鋪筑土工格室；

5）路床頂面鋪筑土工格室，試驗(yàn)路段為K61+200~K61+400段右幅。

3.3 赤承高速公路拓寬路段結(jié)合部協(xié)同沉降施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)試驗(yàn)路的鋪筑和試驗(yàn)路試驗(yàn)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，分析結(jié)合部差異沉降對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)結(jié)合部協(xié)同沉降的施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。

1）公路拓寬工程中的新老路基結(jié)合部容許差異沉降

在模擬計(jì)算新加路基荷載導(dǎo)致的舊公路地基、新公路地基的沉降變形位移場(chǎng)，計(jì)算新舊公路地基的不均勻變形量的基礎(chǔ)上，提出路基拓寬工程中新老路基結(jié)合部容許差異沉降為控制指標(biāo)。

2）拓寬路基填料及壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)

路基拓寬工程中，新路基的填料及壓實(shí)度一方面影響新路基的自身壓縮變形，另一方面影響新老路基的模量比，進(jìn)而影響結(jié)合部路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，因而進(jìn)行填料合理選擇和壓實(shí)度控制極其重要。故應(yīng)提出拓寬路基填料及壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 赤承高速公路拓寬路段結(jié)合部協(xié)同沉降施工工藝研究

提出適用于赤承高速公路拓寬路段結(jié)合部協(xié)同沉降的施工工藝。

1）碾壓機(jī)械組合，根據(jù)沖擊碾壓、強(qiáng)夯影響深度、作業(yè)面積等因素進(jìn)行選擇其施工；

2）砂樁、石灰樁等樁的樁距、樁徑以及成樁機(jī)械的選擇；

3）臺(tái)階的寬度、高度等參數(shù)的確定；

4）土工格柵的布設(shè)施工工藝。

4 結(jié)論

大廣高速赤峰至承德段43+200~43+350右幅、42+900~43+050右幅、K43+050~K43+200右幅、K55+220~K55+400右幅、48+500~48+700右幅、71+400~71+650兩側(cè)、K65+600~K65+700右幅、K65+950~K66+050右幅、K66+050~K66+150右幅、K61+200~K61+400右幅根據(jù)不同的機(jī)理分析進(jìn)行了相應(yīng)的特殊處理，從目前的效果看結(jié)合日常觀測(cè)分析，對(duì)于舊路改造工程原有道路的路基沉陷進(jìn)行必要的特殊路基處理是非常必要的。

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