高速公路舊路加寬施工措施的若干探討

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路交通運(yùn)量迅猛增長，既有公路、城市道路等舊路加寬加鋪改造工程也隨著大量的付諸實(shí)施。對(duì)舊路進(jìn)行加寬加鋪改造時(shí)要特別注意:①新舊路基間的不均勻沉降以及新路基的塑性累積變形對(duì)路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。②新舊路基間的剛度差異對(duì)路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，③面層反射裂縫的防治等。為此，在舊路加寬改造工程的實(shí)施之前必須進(jìn)行先期的方案試驗(yàn)研究。通?？刹捎密浫醯鼗幚?、基底清淤換填、舊路路堤臺(tái)階開挖、土工合成材料加筋墊層和加筋土路堤、土工織物防滲和排水、改良土高強(qiáng)路堤和輕質(zhì)路堤、鋪設(shè)土工合成材料防裂層或增大加鋪層厚度等工程技術(shù)措施。

一、舊路加寬的地基沉降與路基穩(wěn)定性分析

在舊路加寬改造中，地基沉降和路基穩(wěn)定性分析無疑是非常重要的，沉降的處理就是在路基施工過程中加速因新修路基而引起的地基沉降，或者采取有效措施控制路基由于剪切變形而產(chǎn)生的側(cè)向位移，從而減小路基的工后沉降。對(duì)于穩(wěn)定性的處理則必須增大新修路堤及地基的強(qiáng)度，提高其抗剪切變形的能力。

由均質(zhì)粘性土填筑的路堤的穩(wěn)定性根據(jù)Fellenius滑動(dòng)圓弧法進(jìn)行分析，路堤坍塌破壞時(shí)，其滑動(dòng)面為一曲面，假定其為圓弧形，圓弧滑動(dòng)面的位置用4.5H法確定。土工合成材料的加筋作用按在常規(guī)的圓弧穩(wěn)定分析方法中增加一個(gè)拉力的辦法進(jìn)行考慮，把加筋力作為水平力施加于滑動(dòng)土體，來計(jì)算其穩(wěn)定性和確定加筋層數(shù)。

在舊路加寬改造工程中，由于新舊路基的固結(jié)程度不同，將會(huì)導(dǎo)致路基的橫向不均勻沉降，從而造成路面的開裂破壞。因此，必須準(zhǔn)確掌握加寬路基的最終沉降量及固結(jié)度，并驗(yàn)算其剩余沉降量是否滿足工后沉降量的要求。在沉降分析中，可假定舊路路基下的地基已趨于完全固結(jié)，采用分層總和法計(jì)算新加寬部分路基的地基總沉降量。

二、舊路加寬的路基土壓縮變形分析

路基土在其自重和路面結(jié)構(gòu)等靜荷載作用下的變形主要表現(xiàn)為土體的壓縮變形，可通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定土的相應(yīng)變形指標(biāo)，選取適宜的力學(xué)模型采用有限元法分析路基土的應(yīng)力狀態(tài)，從而得到路基與地基的總變形量、不均勻變形量、不均勻變形范圍以及變形與時(shí)間的變化關(guān)系等控制指標(biāo)。

在路基土壓縮變形的有限元法分析中，將新填筑的路基土視為彈塑性材料，采用鄧肯非線性模型。而將舊路路基視為彈性材料，將土工織物視為線彈性材料，按平面應(yīng)變問題求解。其中，路基和地基采用平面四邊形等參單元、土工織物采用接觸面單元、路面結(jié)構(gòu)層采用彈性梁單元進(jìn)行模擬，假定土工織物與土體的界面間無相對(duì)位移。

三、舊路加寬的基本措施

1、基底清淤與換填

舊路修筑時(shí)因就地取土而在路基邊坡外側(cè)形成了沿路線走向約1.5m深的積水溝，溝底堆積了大量的淤泥。因此，必須徹底清除邊溝內(nèi)的淤泥以提高路基基底強(qiáng)度，減小由此而造成的新舊路基間的不均勻沉降。邊溝清淤后換填天然砂礫，砂礫層頂面需高出常水位20cm以上，并在其上設(shè)置3%的橫向排水坡以利排水。

2、臺(tái)階開挖與構(gòu)筑

為增加新舊路基的整體穩(wěn)定性，在填筑前須先將舊路路基邊坡面開挖成臺(tái)階狀。單側(cè)加寬部分第一級(jí)臺(tái)階寬350cm，高100cm，其上三級(jí)臺(tái)階的寬×高均為150cm×100cm。雙側(cè)加寬部分均開挖成寬120cm，高分別為12cm、80cm、80cm的三級(jí)臺(tái)階。

3、舊路路基單側(cè)加寬方案

方案一(s1):二灰填筑方案，即:基底換填天然砂礫+土工網(wǎng)+天然砂礫+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土+二灰。

在路基頂面以下1.0m范圍內(nèi)采用粉煤灰:熟石灰=0.9:0.1(質(zhì)量比)的比例均勻拌和后填筑，以構(gòu)成輕質(zhì)路堤。二灰作為輕質(zhì)路堤填料具有很好的工程性質(zhì):其后期強(qiáng)度高、整體穩(wěn)定性好，能夠有效地減小新舊路基間的剛度差，其自重荷載小，能有效地減小路堤因自重荷載作用而產(chǎn)生的壓縮變形，對(duì)確保路基的容許工后沉降非常有利。

方案=(s2):三層土工網(wǎng)方案，即:基底換填天然砂礫+土工網(wǎng)+天然砂礫+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土。

土工合成材料(本試驗(yàn)路用土工網(wǎng))加筋路堤不僅可以增強(qiáng)新舊路基間的整體穩(wěn)定性，而且還可以使新加寬路基的強(qiáng)度和剛度得到很大的提高，從而可有效地減小新舊路基間的剛度差異。土工合成材料還具有減小新加寬路基的不均勻沉降和側(cè)向位移的作用，從而使得路基橫斷面上的沉降趨于均勻。

方案三(s3):兩層土工網(wǎng)方案，即:基底換填天然砂礫+土工網(wǎng)+天然砂礫+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土。

3、舊路路基雙側(cè)加寬方案

方案一(D1):粉質(zhì)土填筑方案，即:基底換填天然砂礫+粉質(zhì)土+不透水土工布+粉質(zhì)土+不透水土工布。

在粉質(zhì)土路堤的內(nèi)部和頂面各鋪設(shè)一層不透水土工布，可起加筋和隔離防滲的作用。由于不透水土工布的加筋作用可增強(qiáng)新舊路基間的整體穩(wěn)定性好，減小路基的不均勻沉降·由于不透水土工布的隔離防滲作用，可防止墊層砂礫料的陷入，并能防止雨水浸入對(duì)路基的破壞，同時(shí)也可在一定的程度上減少路堤自身的壓縮變形。

方案二(D2):粉煤灰填筑方案，即:基底換填天然砂礫+粉煤灰+二灰+不透水土工布。

D2方案的地質(zhì)條件相對(duì)較差，采用粉煤灰+二灰的輕質(zhì)填料填筑路堤，不僅可以降低新路堤自重，減小路堤的壓縮變形，而且還可以提高新路堤的強(qiáng)度和剛度，并可減小路基在行車荷載作用下的塑性累積變形。輕質(zhì)填料路堤同時(shí)起到了減小新舊路基間剛度差異和不均勻沉降的作用，從理論分析和工程實(shí)踐上來看，是舊路加寬方案中較為理想的一種綜合處治措施。

舊路加寬處治的方案很多，各種方案都具其自身的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。在進(jìn)行具體的方案設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)各種方案進(jìn)行充分的研究，然后綜合考慮具體工程的地質(zhì)條件、道路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和使用要求、現(xiàn)場施工條件，以及對(duì)周圍環(huán)境的影響等因素，選擇最適宜的方案。