高速公路擴(kuò)建路基差異性沉降分析與控制措施

張?zhí)煊?/p>

（重慶甲多公路設(shè)計咨詢有限公司，重慶 400039）

1 引言

我國在高速公路的建設(shè)上起步較晚，近20a 才開始步入大規(guī)模建設(shè)階段。回顧我國近20a 高速公路發(fā)展史，高速公路的總里程數(shù)迅猛增長、高速公路的修筑技術(shù)飛速進(jìn)步，已經(jīng)步入國際一流。同時，公路交通網(wǎng)不斷豐富。為了滿足日益發(fā)展的交通需求，高速公路擴(kuò)建工程逐漸走入我們的視野。但由于我國高速公路在傳統(tǒng)的初始設(shè)計時并未對未來交通量做出正確預(yù)測，因此并未預(yù)計到高速公路擴(kuò)建時代的到來。但在逐漸開展的高速公路擴(kuò)建過程中，工程人員逐漸發(fā)現(xiàn)，高速公路的擴(kuò)建比起新筑高速公路更加困難。相比西方國家在規(guī)劃設(shè)計高速公路時，都設(shè)計了較寬的中央分隔帶，在日后擴(kuò)建時僅需要將中央分隔帶改建便可達(dá)到滿足交通需求的目的。相比之下，我國的高速公路擴(kuò)建一般在原有高速公路的基礎(chǔ)上，向兩側(cè)或某一側(cè)拓寬。這勢必就會造成不論是使用年限、路基設(shè)計材料、施工工藝等方面，新建道路和原有道路之間存在差異，這些都很容易導(dǎo)致新老路基之間的不均勻沉降，這也是擴(kuò)建完成的高速公路最常遇到的問題。因此，研究高速公路擴(kuò)建路基差異性沉降分析與控制措施具有十分重要的工程意義【1】。

2 新舊路基差異沉降發(fā)生機(jī)理

高速公路的使用過程中，舊路基在繁重的交通荷載和自重應(yīng)力作用下，經(jīng)過多年的固結(jié)變形，已經(jīng)基本達(dá)到了最初設(shè)計時最終沉降設(shè)計量，后續(xù)僅會發(fā)生徐變變形。新擴(kuò)建的路基建成年限短，即使地基處理足夠充分，但固結(jié)時間不足，地基也未經(jīng)過行車荷載的作用，因此，在理論上不可能實(shí)現(xiàn)新老路基的同步變形。所以無論采用何種措施，理論上新舊路基之間必然會產(chǎn)生不均勻沉降變形。

在對舊路基進(jìn)行加寬后，經(jīng)常會出現(xiàn)新老路基結(jié)合部位沉降量不一致的情況，特別是新填筑的路基工后沉降大，老路基已經(jīng)完成工后沉降，這是道路不均勻沉降產(chǎn)生的主要原因。尤其是在軟土地基中，地基的排水固接時間長，施工過程中難以達(dá)到預(yù)期地基固結(jié)水平，同時施工壓實(shí)不均也是后續(xù)建成后運(yùn)營養(yǎng)護(hù)困難的重要原因。通常，軟土地基上修筑的高速公路經(jīng)過5a 以上的運(yùn)營都基本完成了固結(jié)沉降，在附加應(yīng)力擴(kuò)散的影響下，老路基周邊地基土也會有一定固結(jié)，但固結(jié)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，若在老路基邊坡上直接進(jìn)行擴(kuò)建，新路基在后續(xù)的汽車荷載影響下，必然會造成舊路的附加沉降增大和新地基的固結(jié)沉降。其次，新路基與老路基的強(qiáng)度不同，這給高速公路拓寬整體設(shè)計造成很大困難。特別是在軟土地基路段。所以，降低不均勻沉降的關(guān)鍵在于對軟土地基、新建路基以及新老路結(jié)合處進(jìn)行加固處理。在實(shí)際設(shè)計和施工時，僅需要將不均勻沉降控制在較小范圍內(nèi)，就可有效減少公路病害的產(chǎn)生【2】。

3 新舊路基結(jié)合段的施工要點(diǎn)

處理好新老路基拼接部分是降低銜接部分差異沉降最有效的方式，通過良好的結(jié)合部處理，可以有效地減少后續(xù)建成后高速公路縱向裂縫的產(chǎn)生，提高高速公路拓寬工程整體質(zhì)量。通常可以采取以下方式進(jìn)行處理：

1）挖除老路基加寬側(cè)邊坡坡面約30cm 厚的表面填土，同時在原路基的硬路肩與土路肩交接處開始向下挖除原路基填土，開挖坡率按照 1∶1 即可。

2）若老路基開挖后發(fā)現(xiàn)，老路基銜接部分土含水量過大，則需要將路基土翻起進(jìn)行晾曬，處理后再填筑。施工單位要按照設(shè)計要求將舊路加寬的一側(cè)邊坡開挖臺階，臺階地面要挖出2%～4%的縱坡。新路基采用分層填筑，碾壓層數(shù)要盡量多，保證每層碾壓時松鋪厚度小于30cm，并嚴(yán)格施工，保證碾壓的壓實(shí)度。在雙側(cè)拓寬的條件下，可以采用雙側(cè)同時開挖的辦法，保證老路基的均勻受力，同時保證兩側(cè)碾壓盡量同步。

3）當(dāng)原路基拓寬的同時還要抬高時，除了要對舊路邊坡進(jìn)行開挖和分層填筑外，還要在加寬部分鋪填至舊路基高度時，對全斷面的加高部分做整體的分層壓實(shí)和填筑。

4）在路基鋪筑的過程中要分段鋪筑且縱向銜接部分要采用層間咬合和錯縫搭接的方式進(jìn)行，這種做法的優(yōu)勢在于可以有效避免層間通縫的出現(xiàn)。施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)工期緊、多段同時鋪筑的情況，很容易出現(xiàn)進(jìn)度不統(tǒng)一，此時可以通過階梯法施工，在一個工段完成后繼續(xù)填下一層，在多段端頭留下一部分不填筑，便于連接時的錯縫搭接。

5）為了保證銜接處的整體性，可以在臺階處鋪設(shè)土工格柵，并通過U 型釘固定土工格柵。

6）新路基每填筑施工完成4 層后，要在全寬路基上使用沖擊碾壓，碾壓行進(jìn)速度要小于12km/h，若路段無法進(jìn)行沖擊碾壓，需要在路基頂面的接縫處進(jìn)行強(qiáng)夯處理，以進(jìn)一步達(dá)到新老路基的良好連接。

4 不均勻沉降處治措施及案例分析

4.1 工程概況

筆者以某高速公路改擴(kuò)建項目為工程依托，路線全長約28km，地基土存在大范圍軟土，該路段目前交通量遠(yuǎn)大于設(shè)計預(yù)測交通量。與此同時，該高速公路在擴(kuò)建規(guī)劃時采用不同路段、不同拓寬寬度的規(guī)劃，根據(jù)實(shí)際交通情況分別對不同路段采用6 車道和8 車道擴(kuò)建方案。且該高速部分路段的地形地貌為巖質(zhì)邊坡深路塹，若采用整體拼接的方式直接加寬，實(shí)際操作困難，造價高。因此，在這些部分采用了分離路基擴(kuò)建的方案【3】。

4.2 新舊路基不均勻沉降處治措施

4.2.1 做好軟基處治方案

對于高速公路加寬部分的路基，其軟土地基段位于整個改擴(kuò)建項目的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際的施工速度、地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)物類型、路基填筑高度來確定地基處理方案。充分利用復(fù)合地基理論，利用多種排水方式加快地基固結(jié)排水過程，減小地基處理成本。通常，針對軟土地區(qū)不同的地質(zhì)條件，該高速公路擴(kuò)建工程有針對性地采用了表1 所示措施進(jìn)行處理。

表1 不同地質(zhì)條件軟土的處理措施

4.2.2 加強(qiáng)對低填路基的處理

該高速公路所在區(qū)域降雨十分豐富，要保證路面施工時含水量處于正常水平，不能潮濕甚至過濕，對低于1.7m 填筑高度的路段，使用了換填等措施綜合防治。具體措施如下：（1）在地下水含量豐富的路段，要依據(jù)地勢在道路兩側(cè)設(shè)置盲溝，同時保證盲溝和道路碎石墊層的聯(lián)系；（2）換填的填料選用碎石土，但同時要保證填料的粒徑不大于10cm；（3）換填墊層的底部通過夯實(shí)工藝進(jìn)一步加強(qiáng)；（4）路面結(jié)構(gòu)層下部換填80cm 碎石土。

4.2.3 使用高性能壓路機(jī)多遍壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)新舊路基結(jié)合部強(qiáng)度

在橋臺后、陡斜坡路段采用性能好的壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)補(bǔ)充，其目的是在要求的壓實(shí)度基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化壓實(shí)效果，通常采用的機(jī)械包括：沖擊式壓路機(jī)和液壓式壓路機(jī)2 類。

5 結(jié)語

本文從高速公路拓寬工程新舊路基間的不均勻沉降產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，對公路拓寬工程施工過程中需要注意的要點(diǎn)進(jìn)行了論述，并結(jié)合某工程實(shí)例提出了常見的新舊路基差異沉降控制措施（軟基處理、加強(qiáng)排水、夯實(shí)等），研究成果不僅可以推動我國公路工程建設(shè)水平的發(fā)展，還可為類似的高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)提供一定的理論指導(dǎo)。