高速公路擴(kuò)建工程差異沉降控制

郭 華

（平頂山市公路管理局 直屬分局，河南 平頂山 467000）

0 引言

經(jīng)過(guò)擴(kuò)建的公路在使用一段時(shí)間后會(huì)在新老接觸部分發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，加上雨水滲透和車(chē)輛反復(fù)作用很容易就會(huì)發(fā)生路面結(jié)構(gòu)的破壞。這部分裂縫產(chǎn)生的原因主要是新老公路的拼接荷載的作用，在兩路基之間產(chǎn)生了不均勻沉降，高速公路擴(kuò)建工程中如果不對(duì)這一問(wèn)題引起重視，將會(huì)造成路面的斷裂，影響公路的正常使用，帶來(lái)行車(chē)安全隱患。

目前，我國(guó)對(duì)于高速公路擴(kuò)建工程中，技術(shù)控制主要采用加強(qiáng)新舊路基的結(jié)合、提高新路基的承載力、應(yīng)用土工合成材料、控制填料以及壓實(shí)度幾個(gè)方面，為了加強(qiáng)新舊路基的結(jié)合，在路基處理時(shí)采用臺(tái)階開(kāi)挖的方式，增加新舊路基結(jié)合。為了節(jié)約造價(jià)，提高新路基的承載力也只是在局部橋頭等路段使用，在普通路基段只做一般的沖擊碾壓處理。土工合成材料使用較多的是土工格柵和土工布的使用。在填料上，主要采用透水性好、輕質(zhì)的材料，減少滲水對(duì)路基的軟化作用，減少重量降低新路基的沉降量，但同樣，這種材料價(jià)格較高，使用不廣泛。雖然經(jīng)過(guò)個(gè)中措施的處理，經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，仍然不能避免在結(jié)合處出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

1 擴(kuò)建出裂縫產(chǎn)生的機(jī)理分析

1.1 不均勻沉降引起的裂縫

路基的沉降可以分為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。瞬時(shí)沉降在體積變化不大、不排水的情況下，由剪應(yīng)變引起。通常瞬時(shí)沉降較小，對(duì)新舊路基的沉降差異沒(méi)太大影響。而固結(jié)沉降是沉降差異產(chǎn)生的主要部分，土的骨架發(fā)生壓縮變形和剪切變形。次固結(jié)沉降是在有效應(yīng)力保持穩(wěn)定情況下，土體發(fā)生蠕變引起的，作用時(shí)間長(zhǎng)，但引起的沉降差異較小。

新舊路基由于填筑時(shí)間不同，其沉降速率和沉降量也明顯不同，在交接處存在應(yīng)力集中和應(yīng)力突變現(xiàn)象。在彎拉應(yīng)力增大超過(guò)結(jié)合面強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在結(jié)合處錯(cuò)臺(tái)開(kāi)裂。新填路基在重力的作用下會(huì)發(fā)生側(cè)向移動(dòng)，帶動(dòng)上面填土的側(cè)向位移，加速填土沉降，這樣在結(jié)合處就會(huì)出現(xiàn)橫向和豎向的移動(dòng)，既是當(dāng)時(shí)修建時(shí)處理較好，但路基沉降固結(jié)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，新路基修建好后，要經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的次固結(jié)過(guò)程，最終造成一定的沉降差異。

1.2 機(jī)械原因引起的裂縫

在擴(kuò)建施工時(shí)，由于碾壓機(jī)械的特點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致在新老交接處有一部分路基無(wú)法碾壓到，路面基層的不平滑立面也會(huì)影響壓路機(jī)在邊緣碾壓。在這些位置，既是采用其他壓實(shí)措施，材料的壓實(shí)度可能也達(dá)不到預(yù)想的要求，和其他正常碾壓部分有一定的區(qū)別。從而造成了結(jié)合部的基層強(qiáng)度較低，引起路面的裂縫產(chǎn)生。

1.3 新建基層收縮導(dǎo)致的裂縫

新建基層在溫度的影響下會(huì)有較大的變形，特別是低溫狀態(tài)下，基層材料會(huì)向自身的中心點(diǎn)方向產(chǎn)生收縮，在結(jié)合部位產(chǎn)生裂縫，高溫時(shí)裂縫又會(huì)因?yàn)椴糠质湛s恢復(fù)變小，在溫度循環(huán)下，最終導(dǎo)致裂縫永久產(chǎn)生。

另外在施工過(guò)程中，如果沒(méi)有封閉交通，老路面上的車(chē)輛通行引起的振動(dòng)荷載也會(huì)就一步加速裂縫的產(chǎn)生。

2 沉降差異的控制措施

2.1 開(kāi)挖臺(tái)階和邊坡削坡

通過(guò)對(duì)老路邊坡一定深度的表層植物土進(jìn)行清除，在交接處采用開(kāi)挖臺(tái)階的方式，可以方便下層軟基的處理，增大新舊的接觸面積，從而增大結(jié)合部位的摩阻力和抗剪能力，必要時(shí)在臺(tái)階上加設(shè)土工格柵，并提供一定的錨固長(zhǎng)度，在削坡時(shí)要保證路基的穩(wěn)定性不受影響。

通常采用工序是小進(jìn)行削坡，然后開(kāi)挖臺(tái)階，臺(tái)階的寬度越大、高度越小路基的沉降量和水平位移會(huì)越小，臺(tái)階尺寸一般控制在高度80cm以?xún)?nèi)，寬度在60～200cm，根據(jù)邊坡坡度具體確定。臺(tái)階的內(nèi)傾角要保證較大的嵌鎖作用，一般在2%～4%，在設(shè)置中還要考慮施工環(huán)境，例如存在內(nèi)傾角時(shí)不利于壓實(shí)效果，雨期不利于排水，路基邊坡坡度較大時(shí)，破壞不是接觸面的水平滑移，而是圓弧的滑移線。

2.2 加強(qiáng)新建路基的承載力

新建路基的固結(jié)度明顯比老路堤低很多，這也是不均勻沉降存在的主要原因，在擴(kuò)建工程中要加強(qiáng)新建路基的處理，盡可能的使新老路基處于一個(gè)結(jié)合良好的整體。針對(duì)地質(zhì)情況的不同，路基處理時(shí)要采取不同的措施。

一般路基，路基填料主要為粘土，強(qiáng)度低，可以進(jìn)行沖擊壓實(shí)，增加壓實(shí)遍數(shù)，在上面加鋪一層碎石墊層，在橋頭部位還可以采用CFG樁和碎石層處理。在墊層和碎石層上再均鋪高強(qiáng)土工格室。

對(duì)于軟土地基，要提高軟土的壓縮量，減小路堤本身荷載，同時(shí)保證路堤的邊坡穩(wěn)定性以及本身的強(qiáng)度和變形，常用的方法有復(fù)合地基法、輕質(zhì)路堤法、排水預(yù)壓法以及隔離墻等。而新型輕質(zhì)路堤法，采用輕質(zhì)粉煤灰、EPS塊體、輕量混合土等具有較好的效果，粉煤灰抗剪強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間增強(qiáng)，EPS塊體在成型過(guò)程中形成封閉均勻的空腔，具有較高的強(qiáng)度，輕量混合土則有著較輕的自重，并且價(jià)格便宜，可以通過(guò)外加劑調(diào)節(jié)其強(qiáng)度。氣泡混合土還有較好的流動(dòng)性和自立性。

2.3 土工合成材料在擴(kuò)建工程中應(yīng)用

土工合成材料可以有效的減少路堤的不均勻沉降，使用較多的是土工格柵以及土工格室，可以使新舊路基的整體性提高，增加路基的承載力，降低路堤自重引起的水平位移和水平應(yīng)力，從而防止路面的開(kāi)裂。土工合成材料的主要性能指標(biāo)是其本身剛度，剛度越大，作用效果越明顯。土工格柵的變形模量大，抗拉強(qiáng)度高，和土體之間有較大的摩擦系數(shù)。土工格室具有耐老化性、耐腐蝕性、力學(xué)性能好,是一種應(yīng)用范圍廣泛的材料，可用于與邊坡防護(hù)、擋土墻、河道治理、堤壩工程以及城市排水管道等工程。

2.4 控制路基填料和壓實(shí)度

路基填料最好采用壓縮性低、水穩(wěn)定好的填料，以砂石填料為宜，保證土的含水率接近最佳含水率，含水量過(guò)大時(shí)可以摻加石灰、粉煤灰等材料。不能采用液限大于50%、塑性指數(shù)大于26的細(xì)粒土。在路基基底要清除30cm，并換填50cm的碎石墊層進(jìn)行沖擊碾壓。壓實(shí)度控制上，要滿足路基上部的承載力和路基下部的固結(jié)變形，但過(guò)高的壓實(shí)度可能導(dǎo)致單價(jià)的增加，延長(zhǎng)工期，對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生一定的副作用，所以根據(jù)土質(zhì)和實(shí)際工作狀況，壓實(shí)度應(yīng)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 擴(kuò)建工程差異沉降的控制指標(biāo)

對(duì)于高速公路擴(kuò)建工程，新舊路面結(jié)合處不論采用怎樣的措施，都不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的沉降差異，所以允許擴(kuò)建路面結(jié)合處沉降的范圍，不影響公路的正常使用具有重要的意義。

國(guó)外對(duì)沉降差異的允許值相對(duì)較大，只是在相鄰結(jié)構(gòu)物上對(duì)沉降差進(jìn)行嚴(yán)格限制，對(duì)于產(chǎn)生的沉降主要放在后期養(yǎng)護(hù)上解決，雖然在施工時(shí)要求降低很多，但對(duì)以后的養(yǎng)護(hù)和運(yùn)營(yíng)留下太大壓力。我國(guó)普遍存在的現(xiàn)象是重建設(shè)輕養(yǎng)護(hù)，在管理和運(yùn)營(yíng)水平不高的情況下借鑒國(guó)外的這種方式顯然是不可行的。對(duì)于沉降差的控制認(rèn)為從縱坡、橫坡以及平整度三方面考慮，要求沉降差建議不能超過(guò)0.4%。根據(jù)路表面最大應(yīng)力的產(chǎn)生引起路面裂縫的原理，高速公路的路表沉降差異建議不能超過(guò)2cm。

目前，對(duì)于擴(kuò)建的新老路基沉降差控制還沒(méi)有成熟的理論和標(biāo)準(zhǔn)，所以研究不同的沉降差異對(duì)路面正常使用性能的影響具有重大的意義。

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