高速公路拓寬中的差異沉降控制技術(shù)探析

史建峰

(山西路橋第一工程有限公司，山西太原 030006)

近年來，我國公路建設(shè)突飛猛進(jìn)，高速公路從無到有。到2012年年底，我國高速公路通車總里程9.6萬km，位居全球第一，為推動現(xiàn)代化建設(shè)做出巨大貢獻(xiàn)。在橋梁、隧道的建設(shè)能力上領(lǐng)先于世界，突破了在沙漠、凍土上修筑道路的世界性難題。但我們必須看到，在高速公路車道數(shù)量上，我國還處于起步階段，車道比較少。隨著車輛的增長，通行能力問題逐漸顯現(xiàn)。

在我國20世紀(jì)90年代修筑的公路中，絕大多數(shù)高速公路和一級公路都采用了雙向四車道，六車道和八車道的比例很低。隨著交通量的迅速增長，原道路交通出現(xiàn)十分擁擠的現(xiàn)象，加上重載、超載車的加入，并形成渠化交通，使原高速公路和一級公路的路面嚴(yán)重?fù)p壞，有的已危及交通安全。近年來，我國的很多主干線公路進(jìn)入改擴(kuò)建期。

在我國改擴(kuò)建公路中，對于通行能力超過原設(shè)計(jì)能力的道路進(jìn)行拓寬后，由于新舊路基的差異沉降，路面出現(xiàn)的問題主要有:新老路不均勻沉降、拓寬后老路縱向裂縫、拓寬后邊坡穩(wěn)定性等。在高速公路拓寬工程中，差異沉降控制是工程質(zhì)量控制的重中之重。

1 拓寬公路病害及成因

近年來，我國對部分高速公路進(jìn)行了改擴(kuò)建工程，由四車道改擴(kuò)建為六(八)車道。改擴(kuò)建公路投入使用后，普遍性的存在著新老路基差異沉降現(xiàn)象，出現(xiàn)了裂縫、錯臺等病害，降低了行車的舒適度，限制了道路的通行能力，對高速公路的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益造成了不利影響。

在我國，通過對已拓寬公路病害的調(diào)查可以看出，拓寬后投入使用的高速公路，在新老路基結(jié)合處且靠近老路部位出現(xiàn)的、以縱向裂縫為主的路面病害是最常見的病害形式。

縱向裂縫產(chǎn)生的最主要因素是新老路基差異沉降。出現(xiàn)差異沉降的原因是多方面的，主要包括:

1)設(shè)計(jì)原因。在我國，高速公路拼接技術(shù)還處于起步階段，無論是在設(shè)計(jì)還是施工上，基本上無規(guī)范可循，還存在著一些不合適的方面或問題。

2)施工原因。在新老路基結(jié)合部位，由于施工工藝比較復(fù)雜，施工難度大，施工工藝及質(zhì)量控制極易導(dǎo)致工后沉降過大。

3)工程地質(zhì)原因。新舊路面路基存在著土基差，當(dāng)路面荷載增加后，新老路基底部土基發(fā)生的沉降也存在著差異。拼接后的公路投入使用后，由于舊路基的地基基本上已經(jīng)固結(jié)沉降到位，其工后沉降要遠(yuǎn)小于新路面部分的沉降。

4)路基填料原因。在新老路基的結(jié)合部位，路基材質(zhì)、路面結(jié)構(gòu)的厚度及強(qiáng)度等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)各不相同;同時(shí)，施工質(zhì)量也存在著差異，這就使得拼接后的路面難以形成整體性。

5)其他原因。在我國的公路施工中，工程管理不嚴(yán)、搶工期、超載等其他方面的影響也會造成裂縫的產(chǎn)生。

2 高速公路拓寬中的差異沉降控制措施

大量的工程實(shí)踐表明，在高速公路拓寬工程中，采用合理的工程措施，有效的降低新老路基之間的沉降差，并確保新老路基之間的有效連接是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

在我國的公路拼接工程中，新老路基沉降差異處治的措施主要有:1)采用合適的地基處治方法;2)采用邊坡削坡和臺階開挖的方法;3)采用土工合成材料(如土工格室、土工格柵等)處治;4)路堤的壓實(shí)度控制法;5)采用高強(qiáng)度的路基填料處治等。

1)進(jìn)行地基處治的方法很多。在我國，常用的地基處治方法有換填碎石法、沖擊壓實(shí)法、以粉噴樁為代表的復(fù)合地基法、輕質(zhì)路堤填料法等。根據(jù)地形地質(zhì)條件，在工程中合理選擇合適的處治方法。

2)削坡和臺階開挖(見圖1)。在原路邊坡進(jìn)行削坡或開挖臺階，對于提高新老路基之間的整體性具有重要意義。首先，對老路邊坡表面的植被土和壓實(shí)度不足的填土實(shí)現(xiàn)有效清除，利于對加寬部分的地基處理。再者，實(shí)現(xiàn)新老路路基結(jié)合部接觸面積有效增加，使得新老路基結(jié)合部摩阻力和抗剪能力有效增強(qiáng)。最后，為土工材料在橫向臺階面上的鋪設(shè)提供一個(gè)有效的錨固長度。

在施工中，僅在老路堤邊坡削坡并不能減少路基的沉降。在工程實(shí)踐中，很多新老路進(jìn)行拼接施工時(shí)，都是采用先削坡后挖臺階，最后再進(jìn)行新路基填筑。這對于提高新舊路基的銜接和結(jié)合是有利的。

在施工中，必須注意到不恰當(dāng)?shù)呐_階開挖方式或方法極易導(dǎo)致塌方事故的發(fā)生。在施工中，特別是交通沒有封閉的，開挖時(shí)引發(fā)的坍塌問題應(yīng)引起足夠的重視。

3)土工合成材料。在高速公路改擴(kuò)建工程中，將土工合成材料，主要是土工格柵和土工格室應(yīng)用于路面拓寬中，可以起到很好的拉筋作用，能夠有效的加強(qiáng)新舊路基的連接，實(shí)現(xiàn)路基水平應(yīng)力和水平位移的降低，利于提高地基的整體剛度和承載力。

在高速公路擴(kuò)建工程中，利用土工格柵與土體接觸面的摩擦作用及對土體的鎖定作用，在新老路基結(jié)合部使用可有效的預(yù)防差異沉降的產(chǎn)生。

土工格室是一種新型的立體蜂窩狀加筋材料。同平面結(jié)構(gòu)的土工格柵等相比，土工格室加筋土的性能更加優(yōu)越。在橫斷面上，土工格室的鋪設(shè)寬度對加筋效果的影響很大(見圖2)。土工格室的模量越大，高度越大，降低路基沉降越明顯。

圖1 臺階開挖與壓實(shí)

圖2 土工格室鋪設(shè)

4)壓實(shí)度控制。提高新路基的壓實(shí)度，利于降低路基自身的壓縮變形。但必須注意到，壓實(shí)度的提高會導(dǎo)致工程成本的增加和工期的延長。按照成本控制的要求，可采用新頒布的路基設(shè)計(jì)規(guī)范中的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，不必再提高。

5)采用高強(qiáng)度的路基填料等。在安新高速公路改擴(kuò)建工程第一合同段K1+275.989小橋處，臺背進(jìn)行EPS填筑。

在高速公路拓寬工程中，實(shí)現(xiàn)對新老路基的沉降差異的有效控制，這對于提高行車的安全性和舒適度具有重要意義。

3 新舊路面結(jié)合部的處理

無論是原有路面還是新建拓寬路面，當(dāng)受到溫度升降影響時(shí)其自身都會產(chǎn)生一定的伸縮。

路面結(jié)合部特殊處理，工程中主要是采用鋪設(shè)土工格柵、路面結(jié)合部采用小型壓路機(jī)壓實(shí)、路面結(jié)合部防水處理、路面結(jié)合部下部空洞處壓漿補(bǔ)強(qiáng)等方式。除上述方法外，還可以采用路面再生工藝，可以更好的提高新舊路面的平整度。

瀝青路面冷再生工藝。瀝青路面冷再生是采用大功率路面銑刨拌和機(jī)將原路面混合料就地銑刨、翻挖、破碎后，再加入穩(wěn)定劑、水泥、水和骨料就地拌和后鋪攤，最后碾壓成型的一種新型路面處治技術(shù)。

瀝青路面熱再生工藝?，F(xiàn)場熱再生是一種就地修復(fù)破損路面的過程，通過加熱軟化路面，鏟起路面廢料，摻入瀝青粘合劑及新的骨料，鋪攤后碾壓成型。

泡沫瀝青再生工藝。泡沫瀝青技術(shù)出現(xiàn)在1956年，是在高熱的瀝青中加入少量的水，水急劇氣化使瀝青大量發(fā)泡而產(chǎn)生體積膨脹，這種狀態(tài)的瀝青因?yàn)檎扯认喈?dāng)?shù)投哂邪韬退璧墓ぷ餍浴?/p>

泡沫瀝青再生與傳統(tǒng)熱再生性能比較:

1)在泡沫瀝青冷再生料中添加了水泥，該混合料兼具柔性和脆性的特征，其抗拉性能處于熱拌瀝青混合料和半剛性材料之間，劈裂強(qiáng)度在0.41 MPa～0.64 MPa之間，適宜作為高速公路的基層或下面層材料。

2)泡沫瀝青混合料的毛體積密度處在2.05 t/m3～2.3 t/m3的范圍之間，比熱拌瀝青混合料的密度小，空隙率處在5.0% ～11.0%的范圍之間。

3)泡沫瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度處在2.3 MPa～4.5 MPa的范圍之間，能夠很好的滿足使用性能要求。

采用泡沫瀝青冷再生技術(shù)，相比采用其他同等設(shè)計(jì)使用年限的路面結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)替代節(jié)省費(fèi)用、節(jié)省銑刨料運(yùn)輸費(fèi)用、節(jié)約占地費(fèi)用等方面進(jìn)行測算，具有明顯的經(jīng)濟(jì)意義。

4 結(jié)語

隨著我國交通量的快速增長，公路通行能力問題逐漸顯現(xiàn)，我國20世紀(jì)修筑的很多高速公路進(jìn)入了改擴(kuò)建期。高速公路改擴(kuò)建工程對我國公路建設(shè)者來說，還是一個(gè)新的課題，高速公路加寬工程的理論研究明顯落后于施工。

在公路拓寬工程中，新舊路基差異沉降控制是保證施工質(zhì)量的重中之重。加強(qiáng)新老結(jié)合處的地基處理，延緩差異沉降;合理進(jìn)行新舊路面結(jié)合部的處治，防止路面發(fā)生變形，這對于保證拓寬后路面的正常運(yùn)行，保證路面的平整度和舒適性具有重要意義。

高速公路進(jìn)行拓寬，對于緩解我國日益嚴(yán)峻的交通壓力，保障交通安全，完善綜合運(yùn)輸體系，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，具有重要意義。在我國，六車道及以上的高速公路占總里程的比重很小，高速公路拓寬在我國具有極大的發(fā)展及應(yīng)用前景。

［1］王選倉.中國高速公路擴(kuò)建及再生技術(shù)［Z］.2010.

［2］王選倉.我國高速公路拓寬技術(shù)［Z］.2009.

［3］中交集團(tuán)第二公路工程局.滬寧高速公路拓寬工程路面拼接施工技術(shù)簡介［Z］.2006.

［4］潘立志，陳勇章.道路拓寬改建的一些要點(diǎn)［J］.山西建筑，2012，38(12):172-173.