高速公路改擴(kuò)建工程加寬拼接技術(shù)綜述

夏樹崢 姜景山

摘 要：高速公路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，隨著交通量的日益增長，我國逐漸進(jìn)入公路拓寬改建的重要階段。本文綜述了目前我國公路改擴(kuò)建工程建設(shè)的現(xiàn)狀、加寬方式、關(guān)鍵問題、施工步驟、地基處理、路基施工、路面施工等問題。并針對目前公路加寬拼接存在的一些問題提出了一些建議，為類似工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：公路；加寬；地基處理；路基拼接；路面施工；變形

1 前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，汽車保有量持續(xù)增長，由于受修建時(shí)技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)水平和建設(shè)思想的限制，有相當(dāng)一部分的公路，尤其是一些早期修建的高速公路的車流量在通車后20年左右就已經(jīng)達(dá)到了飽和狀態(tài)，車多擁堵、行駛緩慢已經(jīng)影響到人們的正常出行和社會經(jīng)濟(jì)的健康快速發(fā)展，有的甚至還出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的道路病害，進(jìn)一步加劇了通行與需求之間的矛盾[1]。因此，提高公路的通行能力，加快公路的改擴(kuò)建工作成為全社會的呼聲，這也將對我國以后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要影響，而其中高速公路的改擴(kuò)建工程將是我國目前公路建設(shè)發(fā)展的重要組成部分。

2 我國高速公路改擴(kuò)建工程的現(xiàn)狀

在我國已經(jīng)建成的高速公路工程中，大多數(shù)形式為雙向四車道。隨著交通通行量的快速增加，交通擁堵現(xiàn)象加劇，原有的高速公路已經(jīng)不能滿足人們出行或交通運(yùn)輸?shù)男枨?，這就要求我們對高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建，增加車道。經(jīng)過調(diào)查研究以及結(jié)合國外成功經(jīng)驗(yàn)，我國主要經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)的高速公路將來會有十車道左右的交通需求[2]。已有車道如何改建，是舊路加寬還是另辟新線，是一個(gè)重要的研究課題。因?yàn)樾陆ǜ咚俟沸枰罅康馁Y金，同時(shí)占用大量耕地，而且還會造成路網(wǎng)分布不均，客流及物流需要長時(shí)間培養(yǎng)，不能充分利用原有線路豐富的客流和物流資源，造成很大的浪費(fèi)。因此，結(jié)合我國國情，我國高速公路大都采用擴(kuò)建加寬的方式，老路加寬就是在已有高速公路的兩側(cè)或一側(cè)增加幾條車道的建設(shè)方案，此外還可以考慮采用高架和中間分隔帶預(yù)留等方案。

3 高速公路改擴(kuò)建加寬的方式

目前常見的高速公路的改擴(kuò)建方式主要有：單側(cè)分離、單側(cè)加寬、兩側(cè)加寬、兩側(cè)分離及混合加寬等多種方式。綜合我們國家的高速公路的改擴(kuò)建經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)地貌及實(shí)際情況，建議：在平原微丘區(qū)應(yīng)該采用兩側(cè)加寬為主，局部分離的方式，如滬寧高速改擴(kuò)建工程；而山區(qū)由于高填深挖路段多、橋隧結(jié)構(gòu)物多及施工期間保通分流困難等，大都采用單側(cè)加寬的方式，如連霍高速鄭州至洛陽段[3]。

4 高速公路改擴(kuò)建加寬的關(guān)鍵問題

新老路基的拼接是高速公路改擴(kuò)建工程的關(guān)鍵問題，因?yàn)槔下吩谶\(yùn)行一段時(shí)間后逐漸達(dá)到沉降穩(wěn)定或趨于穩(wěn)定狀態(tài)，而拓寬新路不僅在拓寬施工過程中對原有路基產(chǎn)生附加應(yīng)力，使老路發(fā)生附加變形，同時(shí)在拓寬新路建成后仍會產(chǎn)生較大沉降，因此，造成新老路基沉降量不同，特別是新老路基結(jié)合部，容易產(chǎn)生裂縫和錯(cuò)位，一旦雨水進(jìn)入會軟化路基，加劇病害的發(fā)展，形成惡性循環(huán)。因此新老路基的拼接是公路改擴(kuò)建工程加寬拼接的關(guān)鍵，新老路基拼接的要點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）在路基加寬之后，新建的路基與原有的路基之間沉降不同，所以要采用各種方法，減少新建路基的沉降量，縮小新舊路基的沉降差距，這又涉及到拓寬新路的地基處理和路基本身的拼接處理問題。（2）路基填料的質(zhì)量控制要求較高，因?yàn)楫?dāng)填料的強(qiáng)度不足或壓實(shí)不夠時(shí)，新老路基結(jié)合處產(chǎn)生較大應(yīng)力會形成局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致路面開裂[1-6]。

5 高速公路改擴(kuò)建加寬的施工步驟

高速公路改擴(kuò)建工程主要的施工步驟有：（1）削坡，先將原有路基邊坡區(qū)域的雜草、腐殖土或表層松軟土等雜質(zhì)移除，集中堆放或者挖出之后直接運(yùn)離現(xiàn)場。如路基的填筑高度不大于3m，開挖施工工作應(yīng)盡量一次完成。當(dāng)遇到填筑高度在3m以上的情況時(shí)，開挖工作要按照2m深度、3m寬度的方式進(jìn)行，并向搭接方向傾斜2%或3%橫坡的臺階，最后在臨近路基不到3m 的一次性挖除。削坡的深度應(yīng)在對老路邊坡綜合檢測和評價(jià)的基礎(chǔ)上論證確定，如采用DCP檢測評價(jià)等，削坡過多或過少都會帶來安全性或經(jīng)濟(jì)性方面的問題。（2）地基處理，對于軟土或其他特殊土地基還需進(jìn)行一定的處理措施才能滿足工程沉降的要求，應(yīng)根據(jù)地基土的地質(zhì)情況、路基變形和穩(wěn)定性的要求確定。（3）路基施工及拼接，場地清理后，進(jìn)行路基的填筑工作，接著在老路基上開挖臺階，使新建路基與原有路基拼接牢靠。（4）路面施工，主要分為水泥混凝土路面施工和瀝青混凝土路面施工[7]，路面施工之前應(yīng)根據(jù)前期老路綜合檢測結(jié)果確定路面施工形式，如原有路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量較好，則新老路可采用臺階錯(cuò)縫拼接的方式，一方面對交通影響較小，同時(shí)也較為經(jīng)濟(jì)；若老路路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量較差，則新路面施工時(shí)可將原有老路路面結(jié)構(gòu)清除或銑刨后重新鋪筑路面，這種方式鋪筑的路面質(zhì)量較好，但對交通影響較大，也會增加工程投資。

6 高速公路改擴(kuò)建地基處理

6.1地基的影響

在進(jìn)行高速公路的加寬擴(kuò)建過程中，特殊土經(jīng)常會遇到，尤其是軟土地基，在東南沿海和內(nèi)陸湖盆地區(qū)難以避免。軟土地基的處理是高速公路改擴(kuò)建工程的重點(diǎn)難點(diǎn)。在軟土地基上建設(shè)的高速公路的路基、橋梁、涵洞的基礎(chǔ)、邊坡、擋土墻等結(jié)構(gòu)對設(shè)計(jì)和施工有較高要求，因?yàn)檐浲恋鼗鶎@些結(jié)構(gòu)的影響較大，具體來講有以下幾個(gè)方面：（1）軟土地基厚度不均，因?yàn)檐浲恋鼗临|(zhì)較軟，受外界荷載作用軟土容易產(chǎn)生不均勻的變形，使得軟土地基出現(xiàn)差異沉降，造成地基縱向、橫向的滑動偏移。（2）軟土承受荷載和外界沖擊力的能力較差一般在兩三米之間，并且高速公路對施工技術(shù)和要求都要高于一般公路，所產(chǎn)生的影響和危害都較大。（3）不均勻沉降，容易造成道路開裂及橋頭跳車是高速公路在軟土地基上最經(jīng)常遇到的質(zhì)量問題。高速公路路面的開裂主要是因?yàn)楣返目v向路堤的軟土地基處理的方式或強(qiáng)度不同，造成地基剛度差異較大，使得路堤的沉降不均。軟土地基與橋體地基的沉降量不同是造成橋頭跳車的主要原因，由于橋梁對沉降的要求很高對橋梁墩臺基礎(chǔ)處理非常嚴(yán)格，而與之相鄰路基地基即使經(jīng)過處理后沉降仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橋體的沉降量，所以橋頭跳車問題是高速公路軟土地基的一大通病。（4）當(dāng)橋臺附近的軟土地基受荷載作用之后，土體會擠向橋臺，使得橋臺軟土滑動偏移，既影響了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，也影響行車舒適性和安全性[2-3，7-9]。

6.2地基的處理措施

目前公路工程中常用的地基處理措施主要有水泥攪拌樁復(fù)合地基、預(yù)制管樁復(fù)合地基、CFG樁復(fù)合地基等[10]。（1）水泥攪拌樁復(fù)合地基，是半剛性復(fù)合地基，通過水泥與土的各種物理反應(yīng)，強(qiáng)化地基的物理力學(xué)性質(zhì)，提高其承載力并降低壓縮性，進(jìn)而減少地基的沉降。優(yōu)點(diǎn)：研究理論較為成熟且處理效果明顯。缺點(diǎn)：處理的深度有限，當(dāng)軟土深度為20m以上時(shí)處理效果不易保證。（2）預(yù)制管樁復(fù)合地基，此種方法使樁-承臺-地基土-土工織物-路堤協(xié)調(diào)共同作用。荷載大都由樁體承擔(dān)并且也發(fā)揮了樁間土的承載作用。優(yōu)點(diǎn)：施工方便，工期較短且處理效果顯著（3）CFG樁復(fù)合地基，是一種剛性復(fù)合地基，由水泥、粉煤灰和碎石或石屑形成。減小沉降效果明顯，極大提高地基的承載力。優(yōu)點(diǎn)：承載力高，沉降變形小，變形穩(wěn)定快。缺點(diǎn)：施工技術(shù)較復(fù)雜，效果難以保證且成本相對較高[11]。

7 高速公路改擴(kuò)建路基施工

7.1處理原則

在高速公路改建加寬的過程中，新老路基連接部位的處理是重中之重，在長期的工程實(shí)踐之中，對拓寬路基的處理主要有以下幾個(gè)方法：（1）對基地進(jìn)行清淤之后換填強(qiáng)度高的土體。（2）對軟土地基進(jìn)行加固處理。（3）在原有路堤進(jìn)行臺階開挖。（4）在原有路基和拓建路基的結(jié)合部位設(shè)置土工合成材料（如土工格柵），防水層及防排水措施等。確保新拓寬路基的處理質(zhì)量的主要思路有以下方面：首先要盡量減少新拓寬路基的沉降量，為了保證新拓寬路基的強(qiáng)度和剛度，減少工后沉降，需要對軟土地基進(jìn)行處理，常見的方法有，換填法，樁基處理等，同時(shí)也要保證路基填料的質(zhì)量。其次要對原有路基和新建路基的結(jié)合部位進(jìn)行處治，在原有路基處開挖臺階，使原有路基和新建路基有效的融為一體，保證路基的整體性，在選擇路基填料的時(shí)候要盡量選擇輕質(zhì)高強(qiáng)的填料進(jìn)行填筑，使新建路基自重減小，從而減小沉降和不均勻沉降，同時(shí)在填筑的時(shí)候要注意控制填料厚度并且保證每層填料的壓實(shí)度[11]。

7.2路基施工

（1）路基施工時(shí)要根據(jù)設(shè)計(jì)的斷面，分層填筑， 分層壓實(shí)。劃分多個(gè)作業(yè)段施工，在兩段交接的地方，填筑時(shí)間不同時(shí)，應(yīng)該先填低填方段，按1：1坡度分層留置臺階，如果兩個(gè)地段填筑同時(shí)進(jìn)行，則應(yīng)分層相互交疊銜接，其搭接長度不低于2m，不同層次的搭接縫應(yīng)錯(cuò)開。（2）在開挖臺階的時(shí)候若遇到含水較多的土層，要對其進(jìn)行排水處理，雨季施工，臺階表面0.5m以上的土體不要清理，要作為臺階的保護(hù)層，抵擋雨水的沖刷，保證路基的穩(wěn)定性。要根據(jù)路線縱坡大小，沿著路線的走向在臺階上每10 到15 m挖一道臨時(shí)橫向排水溝，排除臺階內(nèi)的積水[12]。（3）新路基的鋪筑要緊接著臺階的后面，為了形成反壓荷載，并用來穩(wěn)定老路基，在碾壓完畢之后可將上一層的填料堆放在已開挖的邊坡處，不要長時(shí)間的暴露邊坡開挖面，使其受到雨水的沖刷或產(chǎn)生軟化或卸荷回彈。在多雨季節(jié)施工時(shí)，應(yīng)備有充足的防水布對暴露在外的地段進(jìn)行大面積的覆蓋保護(hù)。（4）施工期間要對路基基底和路床底面各沖擊碾壓一次，沖擊碾壓遍數(shù)應(yīng)根據(jù)路基的填料和基底土的試驗(yàn)確定。（5）施工時(shí)應(yīng)重視原地基的排水壓實(shí)工作，尤其是低填路段和地形低洼地下水位較高路段，確保地基壓實(shí)度符合規(guī)定要求。路基碾壓的寬度應(yīng)比設(shè)計(jì)寬度要多出0.5m，以確保路基填筑的質(zhì)量[12]。（6）其他正常碾壓工序參照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》施工[13]。

8 高速公路改擴(kuò)建路面施工

改建拓寬路面與老路面的拼接是高速公路改擴(kuò)建的難題之一，路面拼接的好壞直接影響后期的行車舒適感和安全性及路面的耐久性。

路面的拼接主要有以下步驟：（1）老路面銑刨，通俗說就是把損壞的老路面刮一層，再鋪新面層。目的是消除老路面破壞松散部分，或?yàn)榱诵吕下访娼Y(jié)合良好。（2）基層拼接，拼接處老路基層臺階處理→新舊路基臺階拼接→新舊路基側(cè)向拼縫拼接→碾壓→用聚酯玻纖布處理上基層接縫[14]。（3）柔性面層拼接及側(cè)面涂熱瀝青。拼縫側(cè)面涂刷熱瀝青，新建面層與原有面層的接縫處使用SBS改性熱瀝青粘結(jié)且由人工涂刷均勻。（4）聚酯玻纖布的鋪設(shè)，聚酯玻纖布具有防水、抗拉的能力，可以有效的增加路面的韌性，是一種全新的土工材料。（5）冷接縫熱處理，在進(jìn)行路面拼接過程中，原有路面與新建路面的瀝青混合料存在溫度差，粘結(jié)性較差，而且會使雨水滲透造成先期的破壞，為了減少這個(gè)現(xiàn)象，可采用冷接縫熱處理技術(shù)。（6）新舊接縫灑熱瀝青，新老路面縱向接縫的優(yōu)劣對公路以后的使用有重要影響，在冬季雨雪會由接縫下滲，凍融后對道路產(chǎn)生很大危害，為了避免這種情況的發(fā)生，要在接縫處灑熱瀝青來補(bǔ)縫。

9 結(jié)語

隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通量迅速增長，我國早期建成的高速公路因?yàn)橥ㄐ熊嚨郎俣荒軌驖M足如今日益增長的交通需求，嚴(yán)重的交通擁堵已經(jīng)使高速公路的改擴(kuò)建成為了一個(gè)迫在眉睫的任務(wù)，如何找到最優(yōu)的改擴(kuò)建方式是改擴(kuò)建項(xiàng)目能否成功的關(guān)鍵步驟，而路基的處理尤其是新老路基的處理及特殊地基的處理是核心問題， 只有充分重視及解決這些問題才能保證改擴(kuò)建后公路的質(zhì)量。

【基金項(xiàng)目：南京工程學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助（TB20160921；TB20160925）?！?/p>

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