高速公路路基拓寬結(jié)合位置致害機理及處治技術(shù)

李 彥 革

(山西路橋建設集團有限公司陽泉分公司,山西 陽泉 045000)

1 概述

進入21世紀以來，省內(nèi)高速公路建設迎來井噴期，由于當時規(guī)劃設計能力、施工技術(shù)、交通量發(fā)展預測能力的不足，加之快速增長的交通運輸量和車輛荷載指標的影響，導致原修建高速公路的通行能力已經(jīng)無法滿足省內(nèi)現(xiàn)有的交通運輸需求。經(jīng)調(diào)研可知，當前省內(nèi)高速公路不大于四車道占比達50%以上，其中，有一大部分路段為雙向兩車道形式；由于新開工高速項目前期投入大、施工周期長、短期收益能力低，對既有高速公路進行拓寬改造成為一種性價比更高的處理方案。由于高速公路拓寬改造路基結(jié)合位置的受力情況復雜，容易出現(xiàn)的病害類型較多，當前適用的施工規(guī)范主要基于軟土路基拓寬施工工況，且拓寬改造過程中路基沉降檢測標準尚未建立具體的標準，導致路基拓寬改造施工過程中的主觀性較強。文章以省內(nèi)某高速公路改擴建施工項目為研究案例，就路基拓寬改造過程中的主要病害致害機理進行了分析，并提出了針對性的處治措施，在項目中得到較為成功的應用。

2 公路路基拓寬結(jié)合位置致害機理分析

結(jié)合省內(nèi)高速公路拓寬改造施工項目實際，基于高速公路拓寬改造的施工難度要總體大于新建高速公路項目；高速公路病害的致害機理絕大多數(shù)是由于受力原因?qū)е拢瑥氖芰Ψ较蚣昂奢d類型角度可細分為以下幾方面。

2.1 水平力致害機理分析

尚不考慮地基土不均勻沉降的基礎(chǔ)上，拓寬改造路基結(jié)合位置在施工荷載的作用下，出現(xiàn)明顯的拉應力，且拉應力呈窄幅變化，在尚未通車的情況下，認為是在施工荷載、路基自重荷載的耦合作用下，拓寬路基位置出現(xiàn)不均勻沉降、壓縮形變，但原路基在長期荷載作用下變形和沉降基本完成，由于變形和沉降不協(xié)調(diào)，導致結(jié)合位置出現(xiàn)較大的拉應力，且拉應力最大值出現(xiàn)在結(jié)合位置的上表面。如果提前考慮地基土不均勻沉降因素，拓寬后路基的沉降變形則由自身壓實壓縮變形和地基沉降疊加組成，其沉降變形明顯增加，舊有路基的沉降變形主要是由于新填筑路基結(jié)合位置的應力影響，具體表現(xiàn)為附加變形，變形值較低，在舊有路基坡腳位置將出現(xiàn)不規(guī)則分布的拉伸區(qū)域，表現(xiàn)為拉應力。綜上，水平應力主要分布在新舊路基結(jié)合位置的上表面和既有路基的坡腳位置，也是造成拓寬改造路基不均勻沉降的主要原因之一。

2.2 豎向力致害機理分析

在不考慮地基土沉降的基礎(chǔ)上，拓寬改造路基的加寬部分在自重荷載、施工荷載的耦合作用下，導致新填筑路基的豎向荷載作用明顯，豎向應力集中分布在拓寬改造層的形心以下；如果考慮地基土沉降因素，受到明顯的路基土體沉降變形因素影響，豎向應力呈現(xiàn)出從形心附近向外擴張的趨勢，在應力值上也呈現(xiàn)出逐步降低的趨勢。據(jù)此判斷，伴隨壓應力的逐步增長，豎向壓應力呈現(xiàn)出先集中后向外擴散的趨勢，直至豎向壓應力和地基土體承載能力基本持平后，向外擴散趨勢基本完成，達到受力平衡狀態(tài)。

2.3 截面剪切力致害機理分析

除了橫向和豎向的拉壓應力作用外，在路基拓寬改造施工過程中，如果剪應力值增加到一定程度，直至大于新舊路基結(jié)合位置的抗剪強度值時，將引起路基結(jié)合位置出現(xiàn)明顯的相互錯臺病害，嚴重影響拓寬改造路基結(jié)構(gòu)的整體性、承載能力及荷載穩(wěn)定性。如果不考慮地基土沉降因素影響，新填筑路基土體的剪應力值較低，基本可以忽略，如果考慮地基土沉降影響，由于新舊路基填筑位置對應的路基土體沉降差異值較大，最終表現(xiàn)為路基結(jié)構(gòu)截面剪應力值突增，剪應力集中分布在截面中心附近。在拓寬改造施工過程中，由于剪應力造成的路基病害程度低于拉壓應力作用。綜上，在拓寬改造路基施工過程中，應著重關(guān)注拉壓應力引起的病害。

3 省內(nèi)某高速改擴建項目路基拓寬結(jié)合位置病害處治技術(shù)

本工程項目為省內(nèi)西縱高速北段連接線路基拓寬改造施工項目，高速公路連接線原有布置形式為雙向四車道，路基寬度為25 m，部分路段為26.5 m，為了適應交通量要求，擬對本標段進行拓寬改造施工，加快后路基為雙向六車道布置形式，路基寬度達到31.5 m，局部寬度達到33 m?，F(xiàn)以本拓寬改造項目為案例，詳細論述了拓寬改造路基結(jié)合位置的主要病害處治技術(shù)。

3.1 提升路基結(jié)合位置的壓實度指標

提高路基結(jié)構(gòu)的壓實度指標，能夠強化路基土體顆粒之間的相互嵌鎖能力，提升路基混合料碎石之間的內(nèi)摩擦力，降低路基碎石之間的內(nèi)部空隙，提高單位體積內(nèi)路基混合料的密度值，以間接提高新舊路基結(jié)合位置的整體性和承載能力，由于路基壓實度指標較高，路基結(jié)合位置在后期車輛作用后的瞬時和長期累積變形值均較小。在本次拓寬改造施工中，以JTG D30公路路基設計規(guī)范(2015)為標準，拓寬改造路基壓實度指標以表1數(shù)據(jù)為選取依據(jù)。

表1 拓寬改造路基壓實度指標

3.2 敷設土工格柵加固設施

土工格柵加固技術(shù)在路基拓寬改造施工過程中的應用極其廣泛，土工格柵材料一般為聚丙烯、聚乙烯等高分子材料，通過熱加工技術(shù)將其編織為二維構(gòu)型或者三維構(gòu)型的網(wǎng)狀織布結(jié)構(gòu)。圖1為本工程項目中使用到的土工格柵材料。

新舊路基結(jié)合位置的主要病害表現(xiàn)為結(jié)合位置的變形不協(xié)調(diào)和不均勻沉降，由于舊路基在長期的自重和上部荷載作用下，其變形已接近尾聲，新填筑路基變形較大，由于變形不協(xié)調(diào)，勢必在結(jié)合位置產(chǎn)生較大應力。在開挖完成的臺階上敷設土工格柵，土工格柵憑借各向受力特性能夠分擔由于變形不協(xié)調(diào)導致的各項拉壓應力，從而提升結(jié)合位置的整體性和變形協(xié)調(diào)性，最大程度約束局部不均勻沉降。

3.3 填筑臺階型路基結(jié)合斷面

為了提升新舊路基結(jié)合位置的相互銜接能力，提高二者協(xié)調(diào)變形的能力，新舊路基結(jié)合斷面應開挖成一定斜率的臺階型，臺階結(jié)構(gòu)開挖的基本結(jié)構(gòu)形式主要有以下兩種，即：對原有路基結(jié)構(gòu)邊坡進行均勻削坡，并在削坡基礎(chǔ)上繼續(xù)開挖錯動臺階，削坡施工量應結(jié)合項目現(xiàn)場的地基土體承載能力確定；另一種先徹底清理原始路基邊坡上的浮塵，然后直接開挖臺階，路基結(jié)合位置臺階開挖可以細分為從上至下或者從下至上。結(jié)合本工程項目實際情況，路基土體的承載能力較高，擬選用自上而下的臺階開挖方式，且臺階削坡斜率比值為1∶1.5。具體開挖斷面詳如圖2所示。

結(jié)合本工程項目自身特點，單個臺階寬度值應控制在1 000 mm～15 000 mm范圍內(nèi)，臺階高度取寬度的2/3為宜，且最大高度不宜大于1 600 mm。為了保證臺階相互咬合性能，臺階寬度應盡可能大，以最大程度增加新舊路基結(jié)合面的實際面積，防止臺階接觸面過小，引起的局部應力集中問題。此外，結(jié)合面臺階開挖應緊密結(jié)合施工項目實際情況，臺階開挖高度應以不影響臺階整體的穩(wěn)定性為基準，同時也防止由于開挖高度過大引起的挖方量增加。

4 結(jié)語

對既有高速公路進行拓寬改造成為一種性價比更高的處理方案，但由于高速公路拓寬改造路基結(jié)合位置的受力情況復雜，容易出現(xiàn)的病害類型較多，必須制定路基結(jié)合位置的病害處理方案，以實現(xiàn)新舊路基結(jié)合位置的協(xié)調(diào)工作。文章以省內(nèi)某高速公路路基拓寬改造項目為研究案例，針對結(jié)合位置病害提出了相應的控制措施，經(jīng)項目實踐檢驗，各措施的工程應用性良好，能夠推廣使用。