公路拓寬改建工程病害及原因分析

楊春友

隨著我國交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展，許多公路的拓寬改建已提上議程。公路拓建首先應(yīng)解決路基拓寬、新老路基結(jié)合的問題，保證新老路基協(xié)調(diào)變形，共同承擔(dān)行車荷載的作用，減少新老路基結(jié)合部的路面開裂、路基失穩(wěn)等病害的發(fā)生。與新建路基相比，新老路基結(jié)合部處治設(shè)計除了需遵守新建路基的規(guī)定外，還應(yīng)著重考慮路基拓寬工程的特殊性，對新老路基結(jié)合部采取相應(yīng)的處治技術(shù)。尤其在軟土地基上進(jìn)行公路拓寬，國內(nèi)外可借鑒的成功經(jīng)驗還很有限，需結(jié)合工程實踐進(jìn)行研究。近幾年已完成的拓建工程雖積累了一些成功經(jīng)驗和成果，但許多理論問題尚未完全解決，需要進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。

1 拓寬路基病害及成因

道路拓寬常見的損壞形式:新老路結(jié)合部剪切開裂;老路基層頂面開裂;新老路基層底面開裂;新老路面結(jié)合部彎拉開裂。損壞的主要成因是新路基穩(wěn)定性不足和新老路基的不協(xié)調(diào)變形，尤其是新老路基的不協(xié)調(diào)變形使得新、老路面結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下既承受荷載應(yīng)力，還承受結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力。新老路基不協(xié)調(diào)變形是道路拓寬產(chǎn)生病害最重要的、最根本的原因。

2 拓寬路面產(chǎn)生裂縫的原因

通過對縱向裂縫的調(diào)查觀察和定性分析可得出新老路基出現(xiàn)差異沉降，最終使路面產(chǎn)生縱向裂縫，主要是由以下原因造成的:

1)由于土基地質(zhì)差，導(dǎo)致新老路基底部土基因荷載的增加發(fā)生沉降，但原路基下的地基因在改造時已基本固結(jié)沉降到位并且所增加的荷載遠(yuǎn)小于新拓寬部分，其沉降大大小于新拓寬部分地基的沉降;2)由于新老路基出現(xiàn)差異沉降，路基失去穩(wěn)定，表現(xiàn)為路堤內(nèi)的破裂面(頂部破裂面在老路范圍內(nèi))外的土體下沉側(cè)移，將路面拉裂造成縱向開裂。

3 拓寬路基及路面病害防治措施

3.1 提高路基穩(wěn)定性及其強(qiáng)度

公路拓寬改建工程受老路自然狀況制約，在選線上無法充分考慮地形地貌、地質(zhì)土質(zhì)的特殊情況。在確保老路基穩(wěn)定的前提下充分考慮影響新老路基穩(wěn)定性的各種因素，重點應(yīng)抓好原地基處理、采取防側(cè)滑措施、控制施工速率、改良路基填料性能等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，使之能夠達(dá)到提高路基強(qiáng)度，減少路基工后沉降，進(jìn)而有效控制縱向裂縫的產(chǎn)生。

3.2 土工合成材料的應(yīng)用

路基施工時在新老路銜接的臺階處設(shè)置雙向土工格柵，可有效增加新舊路基間的粘結(jié)力，減少不均勻沉降和側(cè)向位移。同樣路基頂、底基層、基層頂面在施工中除設(shè)臺階銜接外，在結(jié)合處增設(shè)土工格柵可以使新老路有效地融為一體。在近年的工程實踐中，我們采用強(qiáng)度、張拉力、柔韌性更優(yōu)的玻纖格柵在新老路縱向接縫和基層頂面新老路結(jié)合處及老路部位鋪設(shè)，有效減少了路面縱向開裂，收到了較好的效果。

3.3 連續(xù)配筋混凝土的應(yīng)用

公路拓寬改造工程由于一般工期要求均比較緊，局部高路堤段往往在地基、路基有效處理之后通車時，路基沉降依然還不到位，這時為防止路面縱向開裂，可在路面下增設(shè)配筋混凝土板。由于該結(jié)構(gòu)層具有很強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度，防路面開裂性能好，是其他路面結(jié)構(gòu)無法比擬的，但是造價高。

3.4 路面縱向裂縫的后期養(yǎng)護(hù)維修

通車后路面出現(xiàn)縱向開裂應(yīng)及時進(jìn)行處治，防止因路表水滲入路面而造成結(jié)構(gòu)層更嚴(yán)重的損壞，使路面功能得到及時恢復(fù)，并延長面層的使用壽命。應(yīng)加強(qiáng)觀察，裂縫出現(xiàn)后，及時用熱瀝青等灌縫材料封閉裂縫，防止雨雪水下滲。對縫寬大于4 mm且已穩(wěn)定的縱向裂縫，瀝青路面則銑去原瀝青面層(寬度一般在50 cm～100 cm)，將基層頂面的裂縫進(jìn)行灌縫處理灑粘層油后恢復(fù)面層;混凝土路面則可采用條帶修補(bǔ)或更換混凝土板的方法，同瀝青路面一樣，需對基層的縱向裂縫處理后恢復(fù)混凝土面層。

針對縫寬大于4 mm，并且裂縫還在繼續(xù)發(fā)展的情況，則在裂縫處開挖至基層(開挖寬度大于50 cm)，將基層裂縫用熱瀝青灌縫處理后在基層表面均勻涂刷粘合劑及改性瀝青，加鋪2層～3層土工布(土工布之間需涂刷如改性瀝青等粘結(jié)材料)，土工布寬度在縫體兩側(cè)不小于15 cm，再重新鋪筑面層。對基層有明顯損壞的，或路基嚴(yán)重不穩(wěn)定的，則可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)取代沿裂縫縱向開挖出的原有路面的基層、底基層，以增加路面基層的抗裂性能。

4 拓寬路基拼接處理的關(guān)鍵

4.1 新路基的穩(wěn)定性

新老路結(jié)合部剪切開裂，其形成機(jī)理通常與新老路基結(jié)合面滑移有關(guān)。這類損壞主要涉及滑動穩(wěn)定，需要在穩(wěn)定性分析中考慮。路堤堤身的穩(wěn)定性分析、路堤和地基的整體穩(wěn)定性宜采用簡化Bishop法進(jìn)行分析計算。路堤沿老路路基斜坡或軟弱層帶滑動的穩(wěn)定性可采用不平衡推力法進(jìn)行分析計算。穩(wěn)定性計算分析得到的穩(wěn)定安全系數(shù)不得小于JTG D30-2004公路路基設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。當(dāng)路堤穩(wěn)定安全系數(shù)小于相應(yīng)穩(wěn)定安全系數(shù)時，應(yīng)采取加強(qiáng)新老路基結(jié)合部、地基處理或設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物等措施。

4.2 控制新老路基差異沉降

公路路基的拓寬設(shè)計，應(yīng)保證拓寬部分路基與原有路基之間的銜接，同時采取必要的工程措施減小拓寬路基與原有路基之間的差異沉降，防止產(chǎn)生縱、橫向裂縫。道路拓寬前原有公路地基已基本固結(jié)穩(wěn)定，而兩側(cè)地基基本為原狀地基。在拓寬路基荷載作用下，地基將產(chǎn)生新的附加沉降，并對原有路基路面產(chǎn)生一定影響。路基擴(kuò)建的主要技術(shù)難點在于控制差異沉降，協(xié)調(diào)新老路堤以滿足整體受力的需要，而且既不能影響原有已穩(wěn)定的既有路基，又要考慮沿線電力、通訊等管線的安全。

老路路基在拓寬之前，路基頂面變形呈現(xiàn)盆形，但隨著拓寬部分路基、路面荷載的增加，不均勻沉降的盆形曲線逐漸變化為反坡曲線。老路基層頂面的應(yīng)力由新建公路的受壓狀態(tài)逐漸發(fā)展為拓寬后的受拉狀態(tài)，拓寬基層頂面則為受壓狀態(tài)。當(dāng)老路基層頂面彎拉應(yīng)力超出其彎拉強(qiáng)度，該變形附加應(yīng)力可導(dǎo)致路面的開裂。在既有路面仍作為拓寬后整體路面結(jié)構(gòu)主要承力層的情況下，拓寬過程中引起的老路地基施工沉降對既有路基、路面的結(jié)構(gòu)性能和服務(wù)性能具有顯著影響。因此，地基處理技術(shù)的選取應(yīng)盡量減小老路地基的附加沉降。

4.3 加強(qiáng)拼接部以保證新老路基協(xié)同受力

新老路基的強(qiáng)度差異對拓寬工程性狀具有極其重要的影響，在進(jìn)行拓寬路基處理設(shè)計時，有必要遵循“協(xié)同作用”的原則。為處理好新老路基結(jié)合部，不影響既有已穩(wěn)定路基，新路基除必要的地基處理外，還應(yīng)對填料強(qiáng)度、填料密實、新老路基結(jié)合部做綜合考慮，這些方面也是引起新老路基差異沉降，結(jié)合部破壞，不協(xié)調(diào)變形的主要因素。其中路基填料、填料壓實的選擇可結(jié)合既有路基的狀況，參考規(guī)范對新建路基的規(guī)定。

老路基結(jié)合部的加強(qiáng)處治。在既有路基邊坡上開挖臺階，臺階尺寸根據(jù)原有路基土的強(qiáng)度和壓實度確定，原則上要保證結(jié)合部的路基強(qiáng)度。為進(jìn)一步增強(qiáng)新老路基之間的連接，保證新老路基拼接部的整體強(qiáng)度，在沉降差異較明顯、拉應(yīng)力最大的路床、路面拼接部位鋪設(shè)一定數(shù)量的土工格柵。新老路基結(jié)合部的加筋土工格柵應(yīng)采用節(jié)點強(qiáng)度高、整體性能較好的雙向拉伸土工格柵，該類型格柵的嵌鎖作用可以有效地增大結(jié)合部的整體強(qiáng)度。

5 結(jié)語

公路的擴(kuò)建與新建工程具有許多不同的特點，路基拓寬荷載的形式以及理論計算和分析模式目前在設(shè)計和施工方面還存在著不少問題有待于深入而系統(tǒng)的研究。同時老路拓寬改造工程路基與路面病害的防治方法必須考慮各種因素綜合確定，宜遵循因地制宜、經(jīng)濟(jì)可行、工期合理、綜合治理的原則。

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