高速公路拓寬工程路基差異沉降控制技術(shù)探析

余進(jìn) 許昌

摘? ? 要：基于高速公路拓寬路基差異沉降的控制，本文通過沉降原理的分析，從技術(shù)角度提出了控制措施，所述內(nèi)容具有一定的參考性，盼為我國高速公路的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：高速公路;路基拓寬;差異沉降;控制技術(shù)

1? 拓寬路基差異沉降形成原理

一般情況下，高速公路拓寬過程中，原有路基經(jīng)過運(yùn)營及最不利季節(jié)后已基本趨于穩(wěn)定，固結(jié)與次固結(jié)沉降也基本結(jié)束，且在行車荷載與路基自重的持續(xù)作用下，軟土地基中水分排出完畢，土顆粒骨架間已基本無蠕變現(xiàn)象，地基結(jié)構(gòu)與性能逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。對于拓寬路基而言，其在施工階段及其完成后會綜合發(fā)生初始沉降（主要發(fā)生于施工階段）、固結(jié)沉降與次固結(jié)沉降，并且固結(jié)與次固結(jié)持續(xù)時(shí)間較久，直至公路運(yùn)行一定時(shí)間后才會逐漸穩(wěn)定，故而在此作用下，新舊路基會因沉降程度不同而于拼接處產(chǎn)生錯(cuò)臺現(xiàn)象（即差異沉降）。

實(shí)際上，高速公路拓寬后新舊路基間必然會出現(xiàn)差異沉降，而差異程度取決于路基高度、拓寬寬度、拓寬方式、地基壓縮模量以及新舊地基固結(jié)程度。新舊路基一旦出現(xiàn)差異沉降，在拓寬路基固結(jié)與次固結(jié)沉降結(jié)束之前，其會隨著時(shí)間的推移逐漸增大，并且最終表現(xiàn)為路面開裂和錯(cuò)臺，從而引發(fā)一系列病害（如水損害），故而在路基拓寬施工階段，便需采取措施最大限度的減小差異沉降。

2? 拓寬路基差異沉降控制措施

2.1? 削坡和開挖臺階

針對舊路路基，將邊坡一定深度范圍內(nèi)的松散土體利用削坡的方式進(jìn)行清除，并且按規(guī)定將其開挖成臺階形式，以此增加新舊路基的結(jié)合面，提高二者之間的摩阻力及抗剪能力（同時(shí)還可為土工格柵的鋪裝提供錨固長度），確保路基拓寬后擁有足夠的整體性與穩(wěn)定性。一般情況下，對于舊路路基邊坡的處理，常用方法有直接開挖臺階和先削坡后開挖兩種形式。在具體實(shí)施過程中，為保證新舊路基銜接良好，削坡一般采用1：0.5～1：1.5的坡度，而在開挖臺階時(shí)，其順序按自上而下或自下而上均可，但是基于施工便捷性的考慮，實(shí)際施工多以自下而上開挖順序?yàn)閼?yīng)用;臺階尺寸以臺階寬度與高度為主要控制，在高速公路拓寬施工中，臺階高度不宜小于30cm（一般≤100cm），寬度應(yīng)≥2.0m（最小不得小于1.0m），具體應(yīng)根據(jù)削坡坡度、路基填料及壓實(shí)度等因素綜合而定;此外，為保證新舊路基的整體穩(wěn)定性，以防出現(xiàn)錯(cuò)臺或滑移現(xiàn)象，臺階開挖還需設(shè)置2%～4%的反坡（即內(nèi)傾角）。

2.2? 土工格柵加設(shè)

在高速公路路基拓寬施工中，土工格柵的應(yīng)用主要作用為：①擴(kuò)撒和均布應(yīng)力;②提升地基承載力;③減小加寬路基水平應(yīng)力及水平位移;④具有拉筋作用，加強(qiáng)新舊路基間的銜接性與整體性。

土工格柵作為一種土工合成材料，在高速公路路基拓寬施工中將其鋪設(shè)于路基基底與每層臺階頂面后，其所具有的加筋功能可在改善新舊拼接處整體受力性能的同時(shí)有效減少行車作用下荷載向路基中的傳遞及擴(kuò)散，以此達(dá)到抑制新舊路基差異沉降的目的?；诟咚俟吠貙捄笫芰π阅艿姆治?，由于最大剪應(yīng)力一般出現(xiàn)于臺階邊緣向舊路方向1.0m處，因此土工格柵鋪設(shè)時(shí)應(yīng)于臺階邊緣處向內(nèi)延伸3m左右;此外，當(dāng)上部荷載（包括行車荷載與路基自重）超過土工格柵所能承受的極限應(yīng)力時(shí)，其便會發(fā)生變形與位移現(xiàn)象，且當(dāng)位移超過一定界限時(shí)，進(jìn)而會引發(fā)路基及路面出現(xiàn)開裂。鑒于此，為提升道路拓寬的整體質(zhì)量，在土工格柵鋪設(shè)時(shí)，需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對其施加一定的預(yù)應(yīng)力，并待變形穩(wěn)定后再實(shí)施回填作業(yè)，如此可有效防止道路拓寬后路基路面因土工格柵位移而出現(xiàn)裂縫病害。與此同時(shí)，為提升加固效果，建議在路基頂部鋪設(shè)一層土工格柵。

2.3? 設(shè)置分隔墻

新舊路基間分隔墻的設(shè)置，其作用為：（1）抑制舊路中心上抬，避免與加寬部分出現(xiàn)“錯(cuò)臺”。（2）有效改善新舊路基豎向沉降。實(shí)踐表明，對于地表附加沉降，分隔墻的設(shè)置可使道路中線及其兩邊15m范圍內(nèi)減少大約50%，加寬部分減少大約20%。（3）降低加寬施工對原有道路橫坡的改變。調(diào)查現(xiàn)實(shí)，加寬路基施工過程中，當(dāng)未設(shè)置分隔墻時(shí)，其可改變原有道路橫坡1.0%左右，設(shè)置分割墻后則會降至0.4%，應(yīng)用效果表現(xiàn)明顯。

2.4? 輕質(zhì)材料回填

一般情況下，為減少因新舊路基回填料自身性能的差異而引發(fā)的不均勻沉降，拓寬部分路基回填料應(yīng)與舊路路基保持一致。但在軟土地基情況下，由于地基承載力表現(xiàn)較低，容易出現(xiàn)壓縮沉降，因此為減小路基自重，可采用EPS（聚苯乙烯泡沫）、氣泡混合輕質(zhì)土以及粉煤灰等輕質(zhì)材料進(jìn)行路基回填，以此達(dá)到降低新舊路基差異沉降的目的。

對于輕質(zhì)路填料對新舊路基差異沉降控制作用的驗(yàn)證，長安大學(xué)公路學(xué)院翁效林教授曾采用1kN/m3、10kN/m3、與19kN/m3、三種不同重度的材料進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果顯示：在三種不同重度材料下，竣工時(shí)地表差異沉降量分別為4.08cm、13.13cm和21.68cm，新舊路基表面差異沉降量對應(yīng)別為4.09cm、7.59cm和9.31cm，由此表明，新舊路基差異沉降量隨著拓寬路基回填料重度的增大而增加，即回填料越輕，差異沉降越小。因此，在實(shí)際施工中，采用輕質(zhì)材料作為拓寬路基的回填料，對于新舊路基差異沉降的控制具有顯著的效果。

2.5? 路基壓實(shí)控制

路基壓實(shí)以減小填料顆粒空隙率、提升密實(shí)效果為主要作用，以此使填料顆粒間接觸面增大，內(nèi)摩阻力與凝聚力增強(qiáng)，最終達(dá)到提升路基強(qiáng)度及控制路基變形的目的。高速公路拓寬施工中，由于新舊路基拼接處通常為最薄弱環(huán)節(jié)，加之碾壓難度較大，大型壓路機(jī)難以涉及，因此壓實(shí)效果相對較差，致使不均勻沉降明顯，路基整體性與穩(wěn)定性表現(xiàn)較差。

壓實(shí)機(jī)具對壓實(shí)效果影響重大，當(dāng)壓實(shí)機(jī)具噸位較小時(shí)，路基回填土的密實(shí)度雖然隨著碾壓遍數(shù)的增加而增長，但是增長速度較慢，且當(dāng)達(dá)到最大該壓路機(jī)對應(yīng)的極限壓實(shí)度時(shí)，即使壓實(shí)次數(shù)繼續(xù)增加，也只能引起土體的彈性變形，而不能再增加壓實(shí)度;當(dāng)壓實(shí)機(jī)具噸位較大時(shí)，當(dāng)強(qiáng)度極限達(dá)到后，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，土體變形急劇增加而達(dá)到破壞。且當(dāng)機(jī)具過重以至于超過土的強(qiáng)度極限時(shí)，則會立即引起土體破壞。此外，壓實(shí)機(jī)具的碾壓速度對壓實(shí)效果也有極大的影響，研究表明：碾壓速度越快，壓實(shí)效果越差。因?yàn)閼?yīng)力作用時(shí)間越短，變形越小，土的粘性越大，影響就越顯著，所以為了提高壓實(shí)效果必須選擇合理的碾壓速度。

實(shí)踐表明：沖擊壓實(shí)能獲得較大的沖擊力，從而提高土體的密實(shí)度，使得土體更容易達(dá)到彈性狀態(tài)。因此在公路拓寬改建工程中，沖擊壓實(shí)能夠路基的整體穩(wěn)定性、降低差異沉降。

3? 結(jié)語

高速公路拓寬工程施工過程系統(tǒng)而又復(fù)雜，本文以控制新舊路基差異沉降為論述目的，從臺階開發(fā)與削坡、土工格柵加設(shè)、輕質(zhì)材料回填以及沖擊碾壓4方面提出了控制措施，所述內(nèi)容雖不全面，但對實(shí)際施工具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

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