某高速公路擴(kuò)建工程路基施工技術(shù)研究

楊學(xué)

（甘肅萬(wàn)泰建設(shè)工程有限公司，蘭州 730010）

1 工程概況

某高速公路改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為312 km，高速公路原設(shè)計(jì)方案為雙向4 車道，改擴(kuò)建后變?yōu)殡p向8 車道，改擴(kuò)建后設(shè)計(jì)速度為120 km/h，擴(kuò)建方案以雙側(cè)拼寬為主，部分路段因地質(zhì)條件變化調(diào)整為兩側(cè)分離加寬的形式。標(biāo)準(zhǔn)路段路基寬度為43 m，公路改擴(kuò)建工程相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 高速公路擴(kuò)建工程主要技術(shù)指標(biāo)

2 高速公路擴(kuò)建路基處理整體方案

擴(kuò)建前的高速公路路基在22 年前已經(jīng)施工完畢，路基沉降已經(jīng)完成，路基以下的地基固結(jié)度接近100%。新擴(kuò)建路基和老路基之間肯定會(huì)存在沉降差異，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況和施工經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目部對(duì)拼寬路基的軟土地層采用樁基礎(chǔ)處理方案，讓軟土地基形成復(fù)合地基，有效改善新舊路基的不均勻沉降。擴(kuò)建地基處理的基本方案如下。

1）不同深度的軟土埋深采用不同的樁基處理方式。軟土埋深范圍在2~10 m 時(shí)，采用水泥攪拌樁；軟土埋深范圍在10 m以上時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行軟土路基處理，其中，軟土埋深范圍在10~24 m 時(shí)，宜采用預(yù)應(yīng)力管樁靜壓沉樁施工工藝進(jìn)行地基處理。

本項(xiàng)目軟土埋深范圍大部分在6~8 m，根據(jù)以上施工經(jīng)驗(yàn)采取水泥攪拌樁進(jìn)行軟土路基處理。

2）本項(xiàng)目路基高度相對(duì)較高，路基邊緣區(qū)域的地基加固困難，為了節(jié)約地基加固成本和提升施工效率，項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)決定采用輕質(zhì)材料替換部分老路基，新拓寬區(qū)域路基借助大噸位壓路機(jī)振動(dòng)夯實(shí)能量來(lái)提升地面壓實(shí)度，壓實(shí)度要滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，路基碾壓設(shè)備首選光輪壓路機(jī)。

3）新拓寬道路和舊道路在受到行車動(dòng)荷載作用后，二者的變形會(huì)出現(xiàn)不一致的情形[1]。為了解決變形不一致問(wèn)題，項(xiàng)目技術(shù)人員決定在拓寬路基和老路基結(jié)合部位進(jìn)行加筋處理，具體做法是采用土工格柵加筋。需要注意的是土工格柵地層填土攤鋪時(shí)，需要采用輕型推土機(jī)完成作業(yè)，避免損壞土工格柵，輕質(zhì)推土機(jī)只能沿著路基軸線進(jìn)行攤鋪，土工格柵鋪設(shè)完成后應(yīng)立即進(jìn)行碾壓，從兩側(cè)向中間進(jìn)行碾壓。

4）道路施工周期較長(zhǎng)，很難避開雨季施工，如果路基土含水率較高會(huì)影響路基的強(qiáng)度和剛度，也增加了路基土體的變形概率，導(dǎo)致新舊路基出現(xiàn)差異沉降，給路基帶來(lái)裂縫等質(zhì)量缺陷，影響道路使用安全。所以，在路基施工時(shí)還要特別注意路基的排水施工，確保路基施工過(guò)程中不存在積水，增加路基排水能力。

3 高速公路擴(kuò)建工程試驗(yàn)段施工

高速公路改擴(kuò)建工程施工的關(guān)鍵技術(shù)是新老路基搭接技術(shù)，新舊路基結(jié)合處的臺(tái)階開挖、土工格柵加筋材料施工、新建路基的地基處理方式以及路面防護(hù)水和排水施工都提出了很高的技術(shù)要求，為了確保施工方案的合理性、施工技術(shù)的可行性，在擴(kuò)建工程正式開始施工前，選取K320+000~K325+000 段作為實(shí)驗(yàn)路段，試驗(yàn)路段填土采用低液限黏土，上路床采用6%的石灰改性，試驗(yàn)段施工完成后檢測(cè)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，質(zhì)量檢合格后開啟正式施工。試驗(yàn)路段需要驗(yàn)證的內(nèi)容如下：

1）驗(yàn)證水泥攪拌樁復(fù)合地基是否滿足新擴(kuò)建路基的地基處理要求；

2）確定新擴(kuò)建路基施工碾壓遍數(shù)并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化；

3）確定新擴(kuò)建路基與老路基結(jié)合處鋪設(shè)土工格柵加筋材料的施工方法；

4）確定新擴(kuò)建路基與老路基搭接施工方法。

3.1 新擴(kuò)建工程軟土地基施工

該高速公路新擴(kuò)建工程地基軟土埋深在10 m 以內(nèi)，大多集中在6~8 m。經(jīng)過(guò)施工技術(shù)人員設(shè)計(jì)后確定，試驗(yàn)路段采用水泥攪拌樁進(jìn)行路基施工，水泥攪拌樁樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為6 m，樁身直徑設(shè)計(jì)值為0.5 m，樁心間距為1.2 m，三角形布樁，局部區(qū)域樁間距有調(diào)整，單樁水泥噴漿用量設(shè)計(jì)值為60 kg/m。水泥攪拌樁施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 水泥攪拌樁施工工藝

水泥攪拌樁復(fù)合地基施工完成后，養(yǎng)護(hù)結(jié)束達(dá)到養(yǎng)護(hù)條件后進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測(cè)試驗(yàn)和重力觸探試驗(yàn)，承載力檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果詳見表2，重力觸探試驗(yàn)結(jié)果詳見表3。

表2 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力實(shí)驗(yàn)沉降量匯總 mm

表3 復(fù)合地基重力觸探實(shí)驗(yàn)結(jié)果 kPa

從表2 可知，4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)荷載分級(jí)加持量與地基沉降量的變化關(guān)系基本一致，根據(jù)規(guī)范要求取荷載板寬度（1 000 mm）的0.004 倍，即取沉降量為4 mm 時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載為水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力的基本值，即該高速公路擴(kuò)建路基水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力基本值為210 kPa，大于擴(kuò)建路基承載力設(shè)計(jì)值150 kPa。所以，擴(kuò)建路基軟土地基采用水泥攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行處理后的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

重力觸探試驗(yàn)是將重錘抬到規(guī)范要求高度后另其做自由落地運(yùn)動(dòng)，重錘與處理后的復(fù)合地基地面接觸的瞬間產(chǎn)生沖擊力，這時(shí)用地面預(yù)設(shè)的傳感器測(cè)量復(fù)合地基的反彈力和振動(dòng)持續(xù)時(shí)間，繼而獲取復(fù)合地基承載力。本次重力觸探試驗(yàn)選擇4 個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位測(cè)量5 次，每個(gè)點(diǎn)位獲取5 個(gè)承載力檢測(cè)數(shù)值。

從表3 可知，通過(guò)重力觸探測(cè)得的水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力數(shù)值（4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位）均大于復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值150 kPa，滿足復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)要求。通過(guò)表2 和表3 中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析可以，水泥攪拌樁復(fù)合地基可以有效提升地基承載能力，充分降低工后沉降的基礎(chǔ)上，可以有效改善高速公路擴(kuò)建工程中新舊路基不均勻沉降問(wèn)題。

3.2 新擴(kuò)建工程路基施工

路基施工中應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備包括振動(dòng)壓路機(jī)、光輪壓路機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、自行式平地機(jī)以及挖掘機(jī)等多種機(jī)械組合，為了對(duì)碾壓工藝進(jìn)行優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)碾壓作業(yè)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行，遵循初壓、復(fù)壓以及終壓的碾壓順序進(jìn)行，所有碾壓環(huán)節(jié)都遵循先慢后快，先弱后強(qiáng)（振動(dòng)），先路基兩側(cè)，后路基中線，碾壓均勻無(wú)漏壓現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)遍數(shù)和壓實(shí)度關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 不同碾壓遍數(shù)下的路基壓實(shí)度實(shí)測(cè)值

從表4 統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可知，采用光輪壓路機(jī)靜壓壓實(shí)一遍其壓實(shí)度可達(dá)到89%以上，在弱振一遍，路基壓實(shí)度可以達(dá)到90%以上，強(qiáng)振4 遍后路基壓實(shí)度達(dá)到了96%以上，再繼續(xù)強(qiáng)振路基的壓實(shí)度變化不大，所以，最佳的碾壓方式是：先靜壓1 遍，再弱振1 遍，再?gòu)?qiáng)振4 遍。按照此碾壓組合方案進(jìn)行碾壓壓實(shí)施工后，路基的彎沉值檢測(cè)結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求?？梢姡四雺航M合方式可以有效提升該擴(kuò)建工程路基土體密實(shí)度。

3.3 土工格柵加筋施工

該擴(kuò)建工程路基鋪設(shè)兩層土工格柵加筋材料，在擴(kuò)建路基底部鋪設(shè)一層土工格柵，另外一層土工格柵鋪設(shè)在搭接臺(tái)階內(nèi)側(cè)到擴(kuò)建路基邊坡處。土工格柵施工內(nèi)容主要包括：下承層的清理、土工格柵鋪設(shè)、鋼筋搭接綁扎、上層路基的攤鋪以及碾壓施工。土工格柵的鋪設(shè)作業(yè)是發(fā)生在路基的下承層，所以，下承層平整度必須滿足鋪設(shè)要求。正式鋪設(shè)時(shí)，將強(qiáng)度高的一側(cè)垂直于路堤軸線，土工格柵橫向鋪設(shè)，鋪設(shè)作業(yè)時(shí)不允許出現(xiàn)扭曲或者坑洼。采用搭接法進(jìn)行縱向拼接，縱向兩塊土工格柵的搭接寬度應(yīng)≥0.2 m。土工格柵鋪設(shè)完畢后，及時(shí)填筑上層填料，上層填料攤鋪后立即進(jìn)行碾壓作業(yè)，碾壓方式從兩側(cè)向中間并行，壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.4 新舊路基搭接施工

新舊路基搭接施工關(guān)鍵技術(shù)包括臺(tái)階開挖、鋪設(shè)加筋材料以及路基壓實(shí)度控制。新舊路基施工中的臺(tái)階開挖采取自下而上的開挖方式，以及人工和機(jī)械配合開挖策略，每一開挖后的臺(tái)階必須有向內(nèi)4%的傾斜度。如果開挖面頂端與路床的距離小于0.7 m，則二者應(yīng)按照一個(gè)臺(tái)階開挖；如果開挖面頂端與路床的距離大于0.7 m，則二者應(yīng)按照兩個(gè)臺(tái)階開挖，如果是路床部分需要開挖臺(tái)階，則將其作為一個(gè)臺(tái)階開挖即可。路堤填筑前，現(xiàn)在路基底部鋪設(shè)一層土工格柵，目的是對(duì)新舊路基進(jìn)行加筋補(bǔ)強(qiáng)。路基邊緣碾壓時(shí)，要盡量貼邊碾壓，碾壓完成后要立即進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，確保壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)路段施工檢測(cè)結(jié)果可知：

1）采用水泥攪拌樁復(fù)合地基可以改善該公路擴(kuò)建工程軟土地基承載能力，正式施工階段樁身施工參數(shù)按照試驗(yàn)階段參數(shù)設(shè)置即可；

2）路基施工碾壓方法的最佳組合是先用光輪壓路機(jī)進(jìn)行一遍靜壓，再進(jìn)行一遍弱振壓實(shí)，最后再進(jìn)行4 遍強(qiáng)振壓實(shí)；

3）土工格柵縱向搭接寬度大于0.2 m；

4）新舊路基搭接施工時(shí)要控制好臺(tái)階開挖尺寸和壓實(shí)度。該高速公路擴(kuò)建工程路基正式施工方法和施工參數(shù)可以完全按照試驗(yàn)階段施工方法進(jìn)行施工。