高速公路拼接拓寬工程沉降控制標(biāo)準(zhǔn)研究

王曉華 張占領(lǐng) 王新岐

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津 300051）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，主要經(jīng)濟(jì)干線走廊帶內(nèi)的高速公路設(shè)計(jì)通過能力已不能滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，為擴(kuò)大其交通流量，需對(duì)老路進(jìn)行改擴(kuò)建，在老路主線兩側(cè)拼接拓寬，如滬寧高速公路、杭甬高速公路及津?yàn)I高速公路等。新、老路堤的拼接施工由于建設(shè)時(shí)間的不同，存在較長(zhǎng)時(shí)間差，特別是處于深厚軟土段落，拼接施工必然會(huì)引起新、老路基的不均勻沉降和縱、橫坡的改變，導(dǎo)致路面排水不暢，造車路面破損和開裂等病害的產(chǎn)生。

由于不均勻沉降會(huì)使路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，一旦這種附加應(yīng)力與車輪荷載產(chǎn)生的荷載應(yīng)力之和大于路面結(jié)構(gòu)層材料的強(qiáng)度，路面結(jié)構(gòu)將會(huì)破壞。新、老路基間差異沉降值與路面、路基拉應(yīng)力的允許值存在密切聯(lián)系，在公路路面使用年限內(nèi)，應(yīng)要求其最大的不均勻沉降值不超過某個(gè)限值，以保證路面不出現(xiàn)裂縫等病害。根據(jù)此變形特點(diǎn)，新、老路基的拼接沉降控制標(biāo)準(zhǔn)可選擇差異沉降量的允許值作為容許沉降標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于瀝青路面，沉降差小于5 c m時(shí)，它不會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞［1］。

1 改擴(kuò)建路基的變形機(jī)理及主要影響因素

軟基上高速公路經(jīng)歷路基施工、預(yù)壓、路面施工和運(yùn)行各個(gè)時(shí)段的荷載作用后，路基橫斷面的沉降量呈正盆形分布，在兩側(cè)進(jìn)行拼接拓寬后，新拼接路基的自重將以偏心荷載的形式作用于老路基兩側(cè)，在兩側(cè)拓寬斷面形心垂線處的沉降量最大，并以向兩側(cè)逐漸減小的反盆形分布（見圖1），使老路的橫斷面轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)。由于老路基已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了一段時(shí)間，沉降已經(jīng)或基本穩(wěn)定，地基的固結(jié)基本完成，新拼接路基施工時(shí)，由于拼接荷載的影響，又會(huì)引起老路基產(chǎn)生新的沉降，若處理不當(dāng)將會(huì)引起新、老路基間過大的不均勻沉降，造成新、老路基結(jié)合處一定范圍內(nèi)產(chǎn)生超過路基或路面的允許拉應(yīng)力，由于路基填筑料均選用土、石及瀝青混合料等材料，其抗拉能力較低，過大的不均勻沉降容易引起路面縱向裂縫的發(fā)生。

圖1 路基附加沉降分布示意圖

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件相同時(shí)，對(duì)差異沉降影響的主要因素有老路路基的寬度、高度及新拼寬路基的寬度及高度等。對(duì)于當(dāng)前的老路改擴(kuò)建，老路的路基一般為雙向4車道，故影響新、老路基差異沉降的主要因素是加寬路基的寬度及高度。

1.1 拼接寬度對(duì)沉降的影響

對(duì)于當(dāng)前絕大部分4車道高速公路，隨著拼接拓寬寬度的增加，路堤中心沉降增量及拓寬形心處的最大沉降增量的變化曲線見圖2。

圖2 沉降隨不同拼接寬度的變化曲線

由圖2可見，隨著拼接寬度的增加，原路堤中心的沉降增量的變化率逐漸減小，當(dāng)達(dá)到一定寬度后，隨著的拼接寬度的增加，原路中心沉降增量幾乎保持不變；拓寬形心的沉降增量，則隨著拼接寬度的增加逐漸增大，當(dāng)拼接寬度達(dá)到30 m左右后，拓寬后形心處的沉降增量與原4車道中心沉降增量趨于接近。

1.2 拼接高度對(duì)沉降的影響

在軟土厚度及拼寬寬度相同的條件下，表1所示各特征點(diǎn)的沉降隨路基高度的增加而增加，且新加寬路基沉降量最大點(diǎn)隨路基高度的增加而逐漸靠近老路路肩。圖3為某高速公路加寬寬度為8.75 m，新路基的拼接寬度分別為3，5及7 m時(shí)各特征點(diǎn)的沉降變化圖。

表1 新、老路基各特征點(diǎn)的沉降量

圖3 新、老路基拼接的沉降各特征點(diǎn)

2 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)研究

目前對(duì)于在軟土地基上拼接路基的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)主要采用差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)［2］：原有路基與拓寬路基的路拱橫坡度的工后增大值不大于0.5%。單純采用此標(biāo)準(zhǔn)，并未完全考慮新拼寬寬度對(duì)差異沉降的影響，如果其拼接寬度較大，如有的改擴(kuò)建項(xiàng)目在主線收費(fèi)站處其加寬寬度達(dá)到80 m以上，而路基的填高高度較小，如果采用上述控制標(biāo)準(zhǔn)，則可能造成對(duì)新加寬路基的過度處理，造成軟基處理費(fèi)用的急劇增加。如原路基寬度為26 m，兩側(cè)各拓寬80 m，則其要求的新路基工后沉降量小于5 c m方可滿足差異沉降的控制要求。從變形機(jī)理分析，由于路基的填高較小，路基的加寬寬度較大時(shí)，新路基的自身沉降量較大，而老路基中心的附加沉降量較小，新路基的沉降并不會(huì)對(duì)老路基造成明顯的影響。故結(jié)合路基的變形特點(diǎn)，建議分別采用新、老路基的橫坡改變量來控制標(biāo)準(zhǔn)及工后沉降量。即對(duì)于改擴(kuò)建項(xiàng)目，對(duì)老路基采用其橫坡的改變量不大于0.5%；對(duì)新路基采用控制橫坡改變量及工后沉降量的方法，即控制其橫坡改變量不大于0.5%；在滿足橫坡改變量的基礎(chǔ)上，還應(yīng)控制其工后沉降量滿足規(guī)范的要求。

3 工程效果

錫澄高速公路無錫樞紐沉降觀測(cè)結(jié)果表明［3］，當(dāng)滬寧與錫澄實(shí)施拼接后（地基為不處理），實(shí)測(cè)到老路肩與原路中心間沉降差達(dá)到3～4 c m后，超車道右側(cè)路面出現(xiàn)局部縱向裂縫，裂縫長(zhǎng)80 m，最大縫寬為3～5 mm，在裂縫出現(xiàn)的位置，橫坡最大值約為0.57%。根據(jù)此控制標(biāo)準(zhǔn)，錫澄高速公路無錫樞紐與滬寧高速公路拼接的匝道采用了縱橫向坡度的允許累計(jì)改變量應(yīng)小于0.5%的控制標(biāo)準(zhǔn)。在某高速公路的主線收費(fèi)站改造過程中，在原路基兩側(cè)各加寬約80 m，而項(xiàng)目所在地的軟土特別發(fā)育，計(jì)算的累計(jì)沉降量在60 c m以上。因此對(duì)該段的拼接，采取了控制老路路肩與新路基形心處的橫坡改變量小于0.5%及工后沉降量滿足規(guī)范要求的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，有效節(jié)約了地基處理的費(fèi)用，目前運(yùn)營(yíng)情況良好，并未出現(xiàn)縱向裂縫等病害現(xiàn)象發(fā)生。

4 結(jié)語

根據(jù)新老路基變形的特點(diǎn)，軟基上的高速公路拼接工程其老路基橫向坡度改變量應(yīng)小于0.5%，新路基最大橫坡改變量也應(yīng)小于0.5%，并且工后沉降量還應(yīng)滿足規(guī)范的要求。理論和實(shí)踐都表明，采用該控制標(biāo)準(zhǔn)，能有效防止縱向裂縫的發(fā)生，并能有效節(jié)約加寬寬度較大段落的軟基處理費(fèi)用。

［1］ 周虎鑫.高等級(jí)公路工后不均勻沉降指標(biāo)研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，26（1）：54-56

［2］ JTGD30－2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 徐澤中.錫澄與滬寧高速公路拼接段地基處理設(shè)計(jì)［J］.水利水電科技進(jìn)展，1998，18（2）：49-51.