高速公路填方路基拓寬方案淺析

夏洪吉

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610017）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平越來越高，汽車保有量越來越大，部分早期建設(shè)的高速公路服務(wù)水平快速下降，已無法滿足日益增長的交通量的需求。為了滿足交通量增長的需要，除了實(shí)施新建方案外，改擴(kuò)建方案也是重要的方式。改擴(kuò)建具有能充分利用原有路基、縮短建設(shè)周期、占用土地資源少的優(yōu)勢，同時(shí)，改擴(kuò)建工程也有其特殊性和復(fù)雜性。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，只有在考慮改擴(kuò)建工程特殊性和復(fù)雜性的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮其優(yōu)勢，才能取得更高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

某高速公路工程項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地形多以丘陵斜坡峽谷地貌為主，地面坡度一般為10°~45°，局部地段切割較深，地表覆蓋層較薄，以第四系全新統(tǒng)殘破積為主。出露地層主要為遂寧組的泥巖和砂巖，線路兩則路基挖方邊坡形多為切向坡。巖層產(chǎn)狀對邊坡整體穩(wěn)定有利，區(qū)內(nèi)未見不良地質(zhì)現(xiàn)象，綜合判斷該段工程地質(zhì)條件較好。本項(xiàng)目全線無隧道，路線受地形影響較小。

原路為雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，路基寬度24.5 m，其中中央分隔帶寬度2 m，路緣帶寬度2×0.5 m，行車道寬度4×3.75 m，硬路肩寬度2×2.5 m，土路肩寬度2×0.75 m。擴(kuò)容工程采用雙向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度采用100 km/h，路基寬度41 m，采用在原路兩側(cè)拓寬擴(kuò)容。

由于道路已使用多年，路基沉降已基本完成，壓實(shí)度緊密，路基整體性穩(wěn)定性較好；路肩無車轍，坑洼、隆起沉陷等現(xiàn)象，邊坡順適，表面平整堅(jiān)實(shí)、整潔；路基邊坡基本已經(jīng)為植被覆蓋，基本保持穩(wěn)定、堅(jiān)固，平順無沖溝、松散等現(xiàn)象；邊溝急流槽等排水設(shè)施基本良好，基本保持暢通。

該改擴(kuò)建高速公路項(xiàng)目具有村落密集，土地資源緊張，軟弱地基分布廣泛，區(qū)域城鎮(zhèn)化程度高，受制約條件多，且棄土困難，項(xiàng)目緊臨城區(qū)，保通任務(wù)重，施工組織要求高等特點(diǎn)。

2 備選拓寬方案

路基拓寬改建設(shè)計(jì)主要包括既有路基的利用方案和拓寬改建方案。既有路基利用有3 種方案：①直接利用既有路基，適用于既有路基強(qiáng)度滿足改建的要求而且沒病害的路段；②既有路基經(jīng)處理后利用，適用于路基強(qiáng)度不足、沒有病害或者病害輕微，經(jīng)處治后路基能滿足改建要求的路段；③對既有路基挖除重建，適用于病害嚴(yán)重、補(bǔ)強(qiáng)處理方案不可行的路段。根據(jù)擬討論擴(kuò)容項(xiàng)目既有路基狀況，本文主要在直接利用既有路基的基礎(chǔ)上討論路基拓寬改建方案。

根據(jù)拓寬路基與既有路基相對空間位置的不同，拓寬拼接方案可分為拼接式、分離式和混合式3 種類型[1]，各類拓寬方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，有不同的適用條件。目前國內(nèi)高速公路拓寬的形式以雙側(cè)拓寬方式為主，本文結(jié)合擬討論擴(kuò)容項(xiàng)目的地形、地質(zhì)、周邊地物等特點(diǎn)，著重討論填方路基雙側(cè)拼接拓寬方案。路基雙側(cè)拼接拓寬方案的優(yōu)點(diǎn)是平縱線形調(diào)整幅度小，交通組織無須改變；缺點(diǎn)是新舊路基、構(gòu)造物間存在不均勻沉降，拼接設(shè)計(jì)施工比較困難。常規(guī)填土拓寬路基新舊路基間的差異變形沉降是路基拓寬工程面臨的最為突出的難題。新舊路基差異變形主要包括拓寬荷載產(chǎn)生的地基二次沉降、拓寬路基的壓實(shí)變形和新舊路基結(jié)合不良導(dǎo)致的蠕滑或滑移[2]。因此，需要在采取措施減小新舊路基差異沉降的同時(shí)，加強(qiáng)新技術(shù)等非常規(guī)加寬方案的研究。

拓寬方案應(yīng)充分考慮利用既有公路資源，體現(xiàn)改擴(kuò)建方式的優(yōu)勢，同時(shí)著重研究因受地形、地物、不良地質(zhì)、建設(shè)與運(yùn)營協(xié)調(diào)等因素影響路段的特殊性和復(fù)雜性，綜合比較傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)，擇優(yōu)選取路基拓寬方案。

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和老路狀況，初擬常規(guī)填土路基、泡沫輕質(zhì)土、樁板式結(jié)構(gòu)路基、土工格柵加筋擋土墻4 種拓寬方案備選。

（1）常規(guī)填土路基拓寬：采用一般填土施工方式并減小新舊路基不均勻沉降的路基拓寬方式。其優(yōu)點(diǎn)是施工簡單，造價(jià)低。缺點(diǎn)是新舊路基間的差異變形大，路基易產(chǎn)生縱向裂縫，施工質(zhì)量不易控制、施工工期長、占用土地資源多。

傅珍等[3]認(rèn)為，通過挖臺階和保證施工壓實(shí)度等措施來約束新路基的側(cè)向位移，通過在路基底層鋪設(shè)土工格室可有效減小新舊路基差異沉降，對于高路基可在每層臺階鋪設(shè)土工格室提高填方路基的整體剛度和承載能力。因此，常規(guī)填土拓寬方案采用路基基頂和基底鋪設(shè)土工格室，并結(jié)合填土高度情況在每層臺階鋪設(shè)土工格室。

（2）泡沫輕質(zhì)土拓寬：這是一種新型輕質(zhì)的路基填筑材料，具有輕質(zhì)性、重度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性、直立性、自流性。其優(yōu)點(diǎn)是泡沫輕質(zhì)土可垂直填筑，節(jié)約土地資源，避免或減少建筑物的拆遷；相對于常規(guī)填土拓寬，荷載較小，對擴(kuò)建路基地基承載力要求較小，有利于軟土地基的穩(wěn)定性，同時(shí)能有效減少新老路基的差異沉降及附近建筑物的附加沉降破壞；施工占用空間小，對交通通行影響較??；施工便捷，施工工期短。李碩等[4]認(rèn)為，泡沫輕質(zhì)土能大大減小軟土地基上新舊路基的差異沉降，這決定了泡沫輕質(zhì)土在路基拓寬工程中應(yīng)用前景廣闊。其缺點(diǎn)是易產(chǎn)生收縮裂縫，耐久性比較差。

（3）樁板式結(jié)構(gòu)路基拓寬：這是一種以預(yù)制管樁直接支撐鋼筋混凝土面板形成的簡潔的承載結(jié)構(gòu)。劉祥勝[5]在高速公路拓寬填方路基施工實(shí)踐中認(rèn)為，樁板式路基是一種適用于軟土地基路段路基拓寬的新式輕型路基結(jié)構(gòu)。對擴(kuò)建公路，樁板式結(jié)構(gòu)路基橫向設(shè)置一排或多排預(yù)制管樁，預(yù)制梁或板內(nèi)側(cè)邊與原路基頂邊緣以現(xiàn)澆枕梁進(jìn)行橫向連接，最后達(dá)到縱向拓寬的目的。其優(yōu)點(diǎn)是相對于傳統(tǒng)的填土路基而言，樁板式結(jié)構(gòu)路基剛度較大，沉降較小，占用土地資源少，無須取土填筑，無須對軟土地基進(jìn)行單獨(dú)處理，施工工期短，有利于擴(kuò)建項(xiàng)目交通組織。缺點(diǎn)是管樁施工對施工機(jī)械和場地要求高，管樁與梁板的連接對設(shè)計(jì)和施工要求高。

（4）土工格柵加筋擋土墻拓寬：無面板加筋擋土墻是近些年發(fā)展起來的一種新型加筋支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過反包式土工格柵的加筋錨固作用，約束土體的側(cè)向變形，保證填方路基的穩(wěn)定性，屬于柔性結(jié)構(gòu)，能較好地適應(yīng)地基的變形。其優(yōu)點(diǎn)是土工格柵加筋擋土墻屬于柔性結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)擋土墻能更好地適應(yīng)地基變形，在不良地基處采用尤能顯示其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢；加筋土擋土墻這種結(jié)構(gòu)比剛性擋土墻有更好的抗震能力；能有效節(jié)約用地和填筑用料，具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢；施工方便快捷，能縮短施工工期，保證施工質(zhì)量；生態(tài)環(huán)保、外形美觀。其缺點(diǎn)是工程質(zhì)量受拉筋材料影響較大，拉筋材料易斷裂和蠕變，從而產(chǎn)生應(yīng)力松弛，最終導(dǎo)致加筋擋土墻變形甚至破壞。

3 拓寬方案比選實(shí)例

實(shí)例1：既有道路為填方路基，填方高度8 m，左側(cè)緊臨廠房，右側(cè)為城市規(guī)劃用地，總體研究后決定采用雙側(cè)拓寬方式。由于受地物控制，無法采用常規(guī)填土拓寬路基，但可以利用既有填方邊坡空間拓寬路基。泡沫輕質(zhì)土、樁板式結(jié)構(gòu)路基、土工格柵加筋擋土墻均可實(shí)現(xiàn)在既有填方邊坡上拓寬路基。①泡沫輕質(zhì)土可垂直填筑，節(jié)約土地資源，荷載較小，能有效降低新老路基的差異沉降；施工方便，無須震動(dòng)壓實(shí)，施工期間對廠房影響較小，施工時(shí)間短，對保通干擾小，對環(huán)境影響小。②樁板式結(jié)構(gòu)路基拓寬沉降較小，占用土地資源少，無須取土填筑，但樁基施工需大型打樁設(shè)備，該工點(diǎn)只能在既有道路路面上擺放打樁設(shè)備，不利于施工期間的交通組織，且打樁施工的震動(dòng)對廠房的影響較大。③土工格柵加筋擋土墻拓寬有較好的抗震能力，能有效節(jié)約用地和填筑用料，生態(tài)環(huán)保、外形美觀，但其工程質(zhì)量受拉筋材料影響較大，拉筋材料斷裂和蠕變會引起加筋擋土墻變形和破壞。因該工點(diǎn)緊臨廠房，若加筋擋土墻出現(xiàn)變形和破壞，對廠房影響較大，且加固處治理難度也較大。綜合研究以上3 個(gè)方案，最終因?yàn)榕菽p質(zhì)土荷載較小，能有效降低新老路基的差異沉降，施工期間對廠房影響較小，對保通干擾小而推薦泡沫輕質(zhì)土路基拓寬方案，如圖1 所示。

圖1 泡沫輕質(zhì)土路基拓寬

實(shí)例2：既有道路為填方路基，填方高度5 m，路基左側(cè)為軟土地基，為低液限黏土，軟土厚5～7 m?？傮w研究后決定采用雙側(cè)拓寬方式，常規(guī)填土路基、泡沫輕質(zhì)土、樁板式結(jié)構(gòu)路基、土工格柵加筋擋土墻均可實(shí)現(xiàn)路基拓寬。①常規(guī)填土方式拓寬路基、可消化本項(xiàng)目的挖方減少棄方，有利于生態(tài)環(huán)保，需對軟土地基進(jìn)行處治，新舊路基差異沉降較大。②泡沫輕質(zhì)土可垂直填筑，節(jié)約土地資源，施工方便，工期短，因在既有填方路基上加載，新老路基的差異沉降較大。③土工格柵加筋擋土墻拓寬有較好的抗震能力、能有效節(jié)約用地和填筑用料，生態(tài)環(huán)保、外形美觀，因在既有填方路基上加載，新老路基的差異沉降較大。④樁板式結(jié)構(gòu)路基拓寬沉降較小，占用土地資源少，無須取土填筑，無須對軟土地基單獨(dú)進(jìn)行處治。綜合研究以上4 個(gè)方案，最終因?yàn)闃栋迨浇Y(jié)構(gòu)路基拓寬方案新舊路基沉降較小、占用土地資源少、無須對軟土地基單獨(dú)進(jìn)行處治而推薦樁板式結(jié)構(gòu)路基拓寬方案，如圖2 所示。

圖2 裝板式結(jié)構(gòu)路基拓寬

本高速公路項(xiàng)目地形多以丘陵斜坡峽谷地貌為主，采用在原路兩側(cè)拓寬擴(kuò)容。因此，路基拓寬工程中的邊坡擴(kuò)挖比例較大，土石方工程數(shù)量大，遵循環(huán)境保護(hù)原則，對無其他制約因素和不良地質(zhì)的一般填方路段的拓寬采用常規(guī)填土路基拓寬方式，充分利用邊坡的開挖土石方，減少棄土。

4 結(jié)語

高速公路改擴(kuò)建是今后我國公路建設(shè)必然的重要趨勢。目前對高速公路改擴(kuò)建工程中路基拓寬的處理方式已不僅限于常規(guī)填土拓寬這種單一的方式，而是有多種技術(shù)方案可選擇，本文針對既有公路受地形、地物、不良地質(zhì)、建設(shè)與運(yùn)營協(xié)調(diào)等諸多因素影響的特殊性和復(fù)雜性，提出充分利用好傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)，因地制宜地?fù)駜?yōu)選取路基拓寬方案的思路，克服利用既有路基改擴(kuò)建的各種困難，從而達(dá)到充分利用既有公路資源進(jìn)行改擴(kuò)建，以節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境、降低造價(jià)，創(chuàng)造最大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的目的。

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，新材料、新技術(shù)、新工藝和新方法層出不窮，應(yīng)在充分吸收新舊技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新改擴(kuò)建路基拓寬技術(shù)，以達(dá)到既充分利用既有公路資源，又解決改擴(kuò)建項(xiàng)目的特殊性和復(fù)雜性問題，提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的目的。