軟土地區(qū)高速公路拓寬工程施工探討

岳輝 王志強　李劍

【摘 要】既有高速公路拓寬工程與新建高速公路工程就工程施工而言，最大區(qū)別有四點：一、既有道路需嚴(yán)格控制新、老道路間不均勻沉降，避免沉降差異過大造成道路破壞；二、加強新、老道路結(jié)合部連接性能，保證拓寬道路的整體穩(wěn)定性。三、既有道路拓寬施工需縝密測量既有道路的實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)進(jìn)行校核，存在差異及時調(diào)整設(shè)計及施工方案；四、不中斷交通，施工既有道路拓寬工程。

【關(guān)鍵詞】軟土地區(qū)；高速公路；拓寬工程；不均勻沉降；整體穩(wěn)定性

一、前言

目前我國經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展階段，私家車的迅速增加，物流業(yè)的快速發(fā)展均需要方便、快捷、安全、舒適的交通服務(wù)。

既有道路的通行能力，行車安全性，舒適性隨著道路使用年限的逐漸增加，逐步無法滿足日益增長的社會發(fā)展需求。既有道路的服務(wù)水平呈逐年下降趨勢。

土地資源的日益緊張，建設(shè)成本的逐年增加，也制約著道路工程建設(shè)。

為了滿足這些地區(qū)交通量增長的需要，對既有道路的擴(kuò)建、升級顯得十分必要。道路拓寬改造既能充分利用原有道路，又能減少建設(shè)用地，對經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、土地緊張的地區(qū)顯得尤為重要。

隨著最初建造的高速公路使用年限越來越長，自2000年以后，國內(nèi)高速公路拓寬改造工程逐漸增多起來，但總體而言數(shù)量較少。

目前，國內(nèi)高速公路拓寬改造工程施工經(jīng)驗較欠缺。雖然國內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計及施工規(guī)范對高速公路拓寬工程已有明確要求，但對于平原軟土地區(qū)而言，總體適用性不強，深度和廣度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

長江三角洲地區(qū)是國內(nèi)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)，人口密度最大，土地資源最稀缺，汽車保有量最大，物流業(yè)最繁忙，高速公路建設(shè)最早的地區(qū)。該地區(qū)最早建設(shè)的高速公路至今已有20余年歷史。

作者通過在長江三角洲地區(qū)高速公路拓寬施工的親身經(jīng)歷，歸納、總結(jié)了軟土地區(qū)高速公路拓寬施工的特點及施工注意事項等。希望通過本文介紹，能夠讓更多的相關(guān)從業(yè)者了解高速公路拓寬工程，為今后同類工程的設(shè)計、施工起到一定的幫助作用。

二、工程特點

既有高速公路拓寬工程與新建高速公路工程就工程施工而言，最大區(qū)別有四點：一、既有道路需嚴(yán)格控制新、老道路間不均勻沉降，避免沉降差異過大造成道路破壞；二、加強新、老道路結(jié)合部連接性能，保證拓寬道路的整體穩(wěn)定性。三、既有道路拓寬施工需縝密測量既有道路的實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)進(jìn)行校核，出現(xiàn)差異及時調(diào)整設(shè)計及施工方案；四、不中斷交通施工既有道路拓寬工程。

（一）不均勻沉降控制

既有道路在經(jīng)過長時間的運營后，道路沉降基本完成。拓寬道路中新拼接部分存在著較大的工后沉降，軟土地區(qū)尤為嚴(yán)重。兩者之間的沉降差異過大易造成道路破壞。破壞形式表現(xiàn)為，沿道路拼接部位1～2m范圍內(nèi)出現(xiàn)路面縱向裂縫。

拓寬道路的工后沉降控制，是該類工程設(shè)計、施工的關(guān)鍵和重點。

1、荷載預(yù)壓

荷載預(yù)壓是目前道路設(shè)計、施工中最常用到的降低工后沉降方法。該方法對于工后沉降量較大的路段，在路基施工完成前，對道路施加堆土預(yù)壓，使其提前發(fā)生沉降變形，從而起到降低工后沉降的效果，預(yù)壓期達(dá)到數(shù)月甚至十幾月。

大多數(shù)拓寬高速公路受既有道路車輛通行影響，無法滿足長期預(yù)壓的條件。

2、地基沉降控制

為了減小道路地基沉降量，可采用多種地基處理方式，但需兼顧對既有道路的保護(hù)且方便施工，經(jīng)濟(jì)性能好。

目前多選用靜壓混凝土管樁，長螺旋素混凝土樁，長螺旋水泥攪拌樁，高壓旋噴樁等處理形式，并大多在樁頂設(shè)置樁帽、墊層等，使樁基與樁間土形成復(fù)合地基，承載上部荷載，減小地基沉降量。

對于承載力、沉降量要求較高的路段，大多采用靜壓混凝土管樁+鋼筋混凝土樁帽+加筋碎石墊層復(fù)合地基處理。

對于邊坡、坡腳等大型靜壓樁機不便于作業(yè)的部位，多采用長螺旋素混凝土樁+鋼筋混凝土樁帽+加筋碎石墊層復(fù)合地基處理。

對于承載力要求較低的路段，大多采用長螺旋水泥攪拌樁+石灰穩(wěn)定土墊層復(fù)合地基處理。

對于凈空較小，不便于較高設(shè)備作業(yè)的路段，大多采用高壓旋噴樁+石灰穩(wěn)定土墊層復(fù)合地基處理。

上述地基處理方式具有以下特點：一、施工振動小，有利于施工期間保持既有道路的穩(wěn)定和車輛通行安全；二、施工速度快；三、經(jīng)濟(jì)性能好；四、特殊部位選用施工工藝合理。

拓寬道路地基加固處理后，能夠有效提高地基承載力，有效降低地基變形，達(dá)到降低道路工后沉降的要求。

3、填料沉降控制

長江三角洲地區(qū)，路基填料大多采用素土及石灰穩(wěn)定土填料。該類填料相對于石方填料，需要的穩(wěn)定周期長，壓縮變形大，受雨水影響嚴(yán)重。如何使路基填料變形提前發(fā)生，減小道路工后沉降量是設(shè)計、施工中重點考慮的問題。

目前多采用提高路基各結(jié)構(gòu)層壓實度的方法降低填料工后沉降。新建高速公路路基壓實度，依據(jù)規(guī)范要求為：路床96%，上路堤94%，下路堤93%。而通常將拓寬高速公路路基壓實度調(diào)整為：路床96%，上路堤96%，下路堤94%。拓寬道路在提高路堤壓實度后，使絕大部分路基填料變形在施工過程中產(chǎn)生，減小了填料工后變形，從而降低了道路的工后沉降。

（二）整體穩(wěn)定性保證

拓寬道路因拼接填料與原道路填料特性不同，拼接部分地基沉降量較大等因素影響，易出現(xiàn)拼接道路失穩(wěn)現(xiàn)象。為了加強拓寬道路整體穩(wěn)定性，需增強新老填料間的連接性能，防止拓寬道路不均勻沉降造成道路失穩(wěn)破壞。

1、拆除穩(wěn)定性差的填料

既有道路邊坡、路肩、護(hù)坡道位置填料，因雨水長期侵蝕，道路排水不暢，植物生長等因素影響，承載能力出現(xiàn)明顯下降趨勢。該位置填料直接用于拓寬道路，將嚴(yán)重影響道路整體穩(wěn)定性。通常將上述位置挖除，挖除深度30cm。

2、設(shè)置拼接臺階

既有道路邊坡及路面結(jié)構(gòu)層開挖臺階，能夠增加拼接面接觸面積，并使拼接道路新填料置于既有道路填料上方，降低道路拼接處滑剪破壞能力，增加拓寬道路整體穩(wěn)定性。既有道路邊坡設(shè)置臺階寬度通常在1～3m之間，臺階設(shè)置寬度、高度應(yīng)滿足既有道路通車穩(wěn)定性要求。既有道路路面結(jié)構(gòu)層設(shè)置臺階寬度通常在0.2～1m之間，臺階設(shè)置寬度滿足經(jīng)濟(jì)性及受力要求，臺階設(shè)置高度滿足機械攤鋪、碾壓要求。

3、設(shè)置連接筋

為了加強道路拼接部位的連接性能，在既有道路邊坡開挖臺階頂面至拼寬路基范圍內(nèi)設(shè)置雙向土工格柵，加強拼寬新老路基間的連接性能，提高道路整體穩(wěn)定性。在既有道路路面結(jié)構(gòu)層銑刨臺階頂面至拼寬路面內(nèi)設(shè)置聚酯玻纖布和玻纖格柵，提高新老道路路面結(jié)構(gòu)層的連接能力，提高路面結(jié)構(gòu)層整體穩(wěn)定性。

4、設(shè)置半剛性板塊

為了防止拓寬道路在車載作用和不均勻沉降作用下，沿路基頂部拼接面出現(xiàn)破壞。在路床施工完成后，沿新老道路拼接面向下翻挖20cm路床，向新老道路各延伸1.5～3m，摻水泥壓實補強，使拼接處路床頂面形成厚20cm，寬3～6m的半剛性板塊與路面半剛性基層、底基層共同作用，分散車輛向下集中荷載，防止路床沿道路拼接面最先破壞，從而造成拼接道路的整體破壞、失穩(wěn)。

（三）實測校核

既有道路最初設(shè)計參數(shù)，因施工誤差，長期沉降、道路養(yǎng)護(hù)等因素影響，導(dǎo)致道路縱、平曲線，路面橫坡，結(jié)構(gòu)物交角，結(jié)構(gòu)層厚度，結(jié)構(gòu)物高程等參數(shù)產(chǎn)生不同程度變化。

道路拓寬工程設(shè)計階段較為全面的進(jìn)行既有道路參數(shù)調(diào)查，并依據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行拓寬設(shè)計。但設(shè)計調(diào)查過程中會存在紕漏及錯誤。這些設(shè)計紕漏及錯誤有時會造成較為嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致建設(shè)成本增加，建設(shè)工期延長。為了避免既有道路實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)之間出現(xiàn)差異，需要施工企業(yè)在工程施工前全面、仔細(xì)的調(diào)查既有道路實際參數(shù)，并與設(shè)計參數(shù)進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整設(shè)計、施工方案。

4、交通影響

既有道路拓寬改造最重要原因是通行車輛急劇增加，道路服務(wù)水平無法滿足車輛通行需求。若長時間中斷交通進(jìn)行道路拓寬施工，將會嚴(yán)重影響區(qū)域交通狀況。通常既有道路拓寬施工在車輛通行的環(huán)境下進(jìn)行。

既有高速公路在不中斷交通的環(huán)境下進(jìn)行施工組織與新建道路施工組織有著較大差異。

（1）保通設(shè)施

工程施工影響既有道路通行安全，需設(shè)置較多隔離、警示、安全設(shè)施；安排較多人員、車輛、設(shè)備進(jìn)行安全、保通維護(hù)。

（2）施工組織

拓寬道路施工組織需滿足既有道路交通轉(zhuǎn)換安排，工程施工中存在部分工期短，任務(wù)重的工程；也存在部分工期長，任務(wù)輕的工程；還有大量無法連續(xù)施工工程。拓寬高速公路施工計劃及施工組織必須以既有道路整體交通轉(zhuǎn)換安排為依據(jù)。

三、施工注意事項

拓寬高速公路與常規(guī)道路在施工環(huán)境，施工方案等方面均存在差異，具有一定的獨特性，需要多加注意。

（一）前期調(diào)查工作量大

道路拓寬工程施工前，對既有道路的全面調(diào)查、測量工作，是復(fù)核設(shè)計結(jié)果，查找設(shè)計存在問題，及時調(diào)整設(shè)計、施工方案的重要階段。該項內(nèi)容涉及到，施工道路高程、平曲線、施工寬度、結(jié)構(gòu)物位置、結(jié)構(gòu)物交角甚至結(jié)構(gòu)物形式等一系列問題的調(diào)整。需要施工企業(yè)投入較多的人力資源進(jìn)行調(diào)查并與設(shè)計參數(shù)進(jìn)行校核。該項工作是施工準(zhǔn)備的重要內(nèi)容之一。

（二）保通工作量大

高速公路拓寬施工，對既有道路車輛通行產(chǎn)生影響。為了保證通行車輛安全行駛，需要投入大量的隔離、警示、提醒、安全設(shè)施，需要投入較多的人力資源，從事交通安全的疏導(dǎo)、管理工作以及交通安全設(shè)施的施工作業(yè)，且投入時間較長。

（三）場內(nèi)運距增加

高速公路拓寬施工，受既有道路車輛通行影響，拓寬道路左右幅之間無法橫向聯(lián)通。所有施工設(shè)備、人員及建設(shè)材料均需繞行才能往來于拓寬道路左右幅，增加了場內(nèi)運距距離。

（四）施工便道數(shù)量大

高速公路拓寬施工，受既有道路車輛通行影響，拓寬道路左右幅之間無法橫向聯(lián)通，需要在拓寬道路左右幅均設(shè)置施工便道，造成施工便道長度增加。施工便道設(shè)置路線需要穿過既有道路兩側(cè)防護(hù)林甚至既有道路取土坑，增加了施工便道的設(shè)置費用。

（五）原地面清表深度大

既有道路經(jīng)過多年運營，道路兩側(cè)防護(hù)林粗壯，根系發(fā)達(dá)，數(shù)量多。樹木挖出后，地面出現(xiàn)大量洞穴。

既有道路兩側(cè)排水系統(tǒng)，清除后形成一道矩形溝槽。

既有道路排水系統(tǒng)不暢，道路兩側(cè)存在積水，地基軟弱。挖除軟弱地基后地表高程下降明顯。

既有道路兩側(cè)廣告牌、標(biāo)志牌基礎(chǔ)挖除后，形成較大坑穴。

上述多種原因造成，拓寬道路原地面清表深度大。若設(shè)計清表深度按照常規(guī)深度計算工程量，則造成施工企業(yè)損失。

（六）路堤壓實標(biāo)準(zhǔn)提高

高速公路拓寬工程路堤壓實度比新建高速公路壓實度標(biāo)準(zhǔn)提高。上路堤壓實度由94%提高至96%，下路堤壓實度由93%提高至94%，施工費用相應(yīng)增加。

（七）靜壓管樁布設(shè)不合理

目前國內(nèi)市場靜壓管樁施工多采用中心抱壓或頂壓形式，設(shè)備體積龐大。

拓寬道路靜壓管樁設(shè)置示意圖

從拓寬道路設(shè)計角度出發(fā)，既有道路邊坡開挖臺階立面處剪切應(yīng)力最大，需在下方設(shè)置樁基礎(chǔ)加固。部分設(shè)計圖紙在該處設(shè)置靜壓管樁。工程施工中，大多數(shù)設(shè)備無法在該部位作業(yè)。建議將既有道路邊坡臺階立面及臺階立面附近管樁設(shè)置為長螺旋素混凝土樁，能夠滿足工程施工需要。

（八）雨水影響嚴(yán)重

拓寬道路路基施工受雨水影響大于新建路基。降雨時，既有道路路面雨水沿橫坡流向外側(cè)拼寬路基，拼寬路基受雨水沖刷嚴(yán)重。

國內(nèi)部分拓寬道路設(shè)計方案采用在既有道路邊坡臺階角隅處設(shè)置內(nèi)傾橫坡，以增加新老路基結(jié)合面的嵌鎖作用。但臺階內(nèi)傾橫坡造成雨后積水，雨水長期浸泡新老路基結(jié)合面，對工程質(zhì)量影響嚴(yán)重。

拓寬路基滑移示意圖

通常拓寬路基的失穩(wěn)破壞出現(xiàn)在新拼寬路基一側(cè)，如上圖。因此，可在設(shè)計或施工時，將老路邊坡開挖臺階設(shè)置成外傾橫坡，以方便雨水排出，外傾橫坡不宜大于3%，同時也方便臺階角隅處的填料壓實。

（九）設(shè)計參數(shù)與既有道路不符

拓寬道路設(shè)計參數(shù)常出現(xiàn)與既有道路實際參數(shù)不相符的情況。

縱斷面高程不符，通常偏差在0～50cm范圍內(nèi)。道路中心線不符，通常偏差在0～35cm范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)物交角不符，0～5度范圍內(nèi)。

上述情況在工程施工前若未能及時發(fā)現(xiàn)，在施工過程中再予以糾正將付出一定的代價，結(jié)構(gòu)物偏差尤為嚴(yán)重。

（十）路面橫坡影響結(jié)構(gòu)物設(shè)置

目前國內(nèi)高速公路拓寬工程，通常由4車道拓寬至8車道，大于8車道高速公路尚未出現(xiàn)。原因主要有三點，一、10車道高速公路，目前國內(nèi)規(guī)范尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；二、道路寬度過大，造成路面排水困難，雨后行車安全性能降低較大；三、受路面橫坡影響，道路拓寬過大影響橫向結(jié)構(gòu)物設(shè)置。

拓寬明通路面結(jié)構(gòu)不足示意圖

第三點在工程施工中需加以注意。工程施工前，應(yīng)對既有道路所有明通及分離式立交進(jìn)行高程測量并與設(shè)計參數(shù)進(jìn)行檢驗，確保明通頂部具有足夠的路面結(jié)構(gòu)層，確保分離式立交橋下凈空滿足通車需要。

（十一）橋區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜

拓寬橋梁施工范圍內(nèi)表層地質(zhì)情況與設(shè)計圖紙差異較大。造成橋區(qū)表層地質(zhì)條件差異的原因如下。

既有橋梁施工時，在橋區(qū)附近開挖泥漿池，設(shè)置預(yù)制場，填埋建筑、生活垃圾，填埋廢棄樁頭、混凝土等。既有橋梁施工結(jié)束后，對原地面進(jìn)行恢復(fù)，掩蓋了施工時的現(xiàn)場情況。

（十二）結(jié)構(gòu)物形式特殊

目前國內(nèi)高速公路拓寬工程，基本上是對上世紀(jì)90年代建設(shè)的道路進(jìn)行拓寬。許多較為特殊的結(jié)構(gòu)形式，目前已經(jīng)很少使用。在工程拓寬設(shè)計時，為了追求結(jié)構(gòu)物的統(tǒng)一性，新老結(jié)構(gòu)物設(shè)計為同一類型。

（十三）車輛通行影響結(jié)構(gòu)物連接

道路拓寬施工在不中斷交通的條件下進(jìn)行。既有道路車輛通行產(chǎn)生的振動，影響混凝土結(jié)構(gòu)物拼接質(zhì)量。嚴(yán)重時可造成拼接混凝土松散，混凝土出現(xiàn)裂縫，影響工程質(zhì)量。

建議新老結(jié)構(gòu)物連接部位采用微膨脹混凝土；中斷既有道路半幅交通，進(jìn)行該半幅結(jié)構(gòu)物連接作業(yè)。避免拼寬結(jié)構(gòu)物連接部位出現(xiàn)質(zhì)量問題。

（十四）施工組織難度大

高速公路拓寬工程施工組織及施工進(jìn)度受制于既有道路保通要求。施工組織及施工計劃安排應(yīng)滿足既有道路車輛通行要求，階段時間內(nèi)會出現(xiàn)資源集中投入的情況，造成一定程度的施工成本增加。

四、結(jié)束語

隨著汽車保有量的快速增加，道路拓寬改造工程會越來越多。希望通過本文的介紹能讓相關(guān)從業(yè)者對軟土地區(qū)高速公路拓寬工程有一定的了解和幫助。

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