公路拓寬段新老路基變形協(xié)調(diào)綜合處治措施探究

李 智

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 640041）

0 引言

由于經(jīng)濟水平的飛快發(fā)展、交通量持續(xù)增加、原公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低等原因，很多公路的通行能力難以符合實際運營需要，容易引起車輛擁堵和人員傷亡事故等。為了提高公路的運營能力，可采用路基加寬的措施（建設(shè)周期短、占地面積少、耗費資金少等）。新老路基銜接有效性是決定拓寬路基建設(shè)水平的關(guān)鍵因素之一，目前國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員也針對拓寬路基的變形規(guī)律和質(zhì)量控制措施等方面展開了一些研究，如何禮彪等[1]以湖區(qū)公路為研究對象，從開挖臺階、液壓夯實兩方面分析了新老路基拼接施工的關(guān)鍵措施，并在工程實例中得到了良好的應(yīng)用效果；張平等[2]依托某山區(qū)公路，利用FLAC3D軟件對不同加寬下了路基的不均勻變形規(guī)律進行分析。因此，研究拓寬路基的差異性變形協(xié)調(diào)機理及綜合處治措施具有十分重要的工程意義。

1 拓寬路基結(jié)合處病害及破壞機理

1.1 拓寬路基的常見病害

公路路基加寬后在填料自重以及其他因素的影響下，路基就會在水平和豎直方向上產(chǎn)生一定程度的變形，而路堤各個部位的變形也會有所差異，這就造成了路基存在差異性沉降。在公路運營期間，因新老路基間不均勻沉降所出現(xiàn)的病害主要表現(xiàn)為新老路基結(jié)合處的縱向裂縫、新填路基的滑移或整體失穩(wěn)、路面結(jié)構(gòu)損傷等形式。

1.2 路基結(jié)合處變形機理

在進行公路路基拓寬時，新路基一般作為邊載施加在老路基的邊坡，而邊載對舊路基沉降變形的影響主要體現(xiàn)于兩個方面：第一，新填路基填料的重量相當(dāng)于加在老路基上的靜荷載；第二，邊載的存在，使得地基土表面附加應(yīng)力在公路橫斷面方向上分布不均，從而導(dǎo)致新老路基應(yīng)力歷史不等，固結(jié)度也存在差異。此外，在軟土區(qū)域進行路基拓寬時，路基頂面沉降的主要原因并不是其自身的壓縮變形，而是來自地基沉降。而在地質(zhì)較好路段進行路基拓寬時，由于地基沉降變形較小，對新路基坡腳有一定的約束作用，拓寬路基的沉降主要來自路基自身的壓縮變形。

2 新老路基不均勻沉降處治技術(shù)

公路在進行拓寬設(shè)計時，為了降低新老路基間的不均勻沉降，提高擴建公路的路基強度、整體性及穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其沿線地形地貌、水文地質(zhì)、老路基特性等因素，采用下列拼寬設(shè)計原則：第一，加強地基處理；第二，合理選用路基填料；第三，選擇合適的拼寬措施，確保拼接密實；第四，考慮地表水、地下水等對拓寬路基安全性和耐久性的影響。

2.1 工程概況

本文依托工程為成樂高速公路擴容建設(shè)青龍場至眉山試驗段，起點位于青龍場樞紐互通附近，向南經(jīng)青龍鎮(zhèn)設(shè)青龍互通，繼續(xù)向南經(jīng)彭山區(qū)設(shè)置彭山互通，終點到達眉山互通以南，路線全長28km。該項目位于平原區(qū)，地下水位整體較高，區(qū)內(nèi)軟土厚度一般不大，分布連續(xù)性差，路線區(qū)內(nèi)無斷裂構(gòu)造通過，整體地質(zhì)條件較為單一。地層巖性由新到老排列如下：人工填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土（場區(qū)地表的主要土層）、粉土、砂土、層卵石、基底巖層（場區(qū)內(nèi)巖性以粉砂質(zhì)泥巖為主）。

成樂高速眉山段均為填方路基，沿線填方邊坡高度一般為1～4m為主，局部邊坡高度達6m，均為一級邊坡，建成至今已通車運行18年。沿線路基發(fā)生的變形與破壞程度普遍較低，基本不影響行車安全和行車舒適性。本項目在原有高速公路四車道基礎(chǔ)上，采用兩側(cè)拼寬的方式將兩個車道改成八車道，如圖1所示。

圖1：雙側(cè)加寬后路基橫斷面示意

2.2 軟土地基處理設(shè)計

⑴地基處理措施選擇原則

在路基填土作用下，軟土地基沉降一般分為初始沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三個階段。如果公路路基拓寬時對軟土地基處理不當(dāng)，路基填筑后可能導(dǎo)致地基出現(xiàn)較大的工后沉降。目前軟土地基處理常用方法主要有換填、強夯、拋石擠淤、真空預(yù)壓、水泥攪拌樁、碎石樁等方法。在進行軟基地基處理方法選擇時主要考慮地基狀況、路基填土高度、施工條件，工程造價等因素。鑒于此，筆者得到該拓寬道路的軟土地基處理措施：如果地基軟土深度小于3m，對一般路段將基底軟土全部清除，換填透水性好的砂礫石土。如果軟土路段存在積水，應(yīng)當(dāng)先設(shè)置臨時圍堰，排干圍堰積水后再處理軟基；如果地基軟土深度超過10m或路基填土高度超過6m，則采用CFG樁復(fù)合地基進行處理，見圖2。

圖2：CFG樁處理軟土地基布置圖

⑵CFG樁參數(shù)設(shè)計

由相關(guān)規(guī)范可知，CFG樁的樁徑宜選擇在350～600mm之間。根據(jù)工程經(jīng)驗可知：如果CFG樁的樁徑過小會對控制質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的不利影響；CFG樁的樁徑過大會導(dǎo)致工程造價高，且無法確保樁土協(xié)調(diào)，故將CFG樁樁徑定為40cm。

在其它控制因素均相同時，隨著樁間距的減小，CFG樁承載性能會不斷改善。如果樁間距小于3倍樁徑時，CFG樁承載力的增長速率可能出現(xiàn)一定程度的降低。因此，通過綜合考慮CFG樁承載力、施工工藝、工程造價等因素，筆者確定CFG樁按照正方形布置，樁間距為4倍樁徑大小，即樁間距取1.6m。

在開展CFG樁土設(shè)計時，單樁承載力特征值可參考當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗數(shù)據(jù)。若無經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可利用下式來估算：

式中： λ是CFG樁承載力發(fā)揮系數(shù)； β為樁間土發(fā)揮系數(shù)； fsk為處理后樁間土的承載能力。按照上文公式得到的CFG樁承載力特征值不能直接使用，需要進行一定程度的修正。根據(jù)規(guī)范要求，CFG樁土承載力應(yīng)當(dāng)不作寬度修正（修正系數(shù)取0），基礎(chǔ)埋置深度的修正系數(shù)取1。

2.3 新老路基結(jié)合位置處治

路基拓寬工程最常見的病害是新老路結(jié)合位置出現(xiàn)縱向裂縫，故采取有效措施來加強新老路基之間的拼接，提高其整體性十分必要，目前常采用的措施主要有挖臺階和鋪設(shè)土工合成材料（土工格柵、土工格室等）等措施。在公路路基拓寬項目中，應(yīng)用最廣泛的土工合成材料主要是土工格柵，土工格柵的加固機理在于格柵和土的變形協(xié)調(diào)作用，主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，土工格柵和土存在摩擦，會降低加寬范圍內(nèi)土的垂直應(yīng)力，間接改善了土體承載性能；第二，土工格柵對路基填土的側(cè)向變形具有一定的約束作用，使土體抗剪強度得到充分的發(fā)揮；第三，土工格柵具有良好的彈性、延展性等，能與路基土形成一個柔性整體，在反復(fù)荷載的作用下變形難以積累。

根據(jù)路基填土高度不同，該項目可在路床范圍鋪設(shè)3層土工格柵，在路基的排水墊層上方鋪設(shè)一層土工格室。在鋪設(shè)土工合成材料時，可將老路基邊坡邊坡綠化、圬工、淺層表土等清除，并從下而上開挖寬度不小于2m的向內(nèi)傾斜4%的臺階，且開挖和路基的拓寬填筑應(yīng)當(dāng)交叉作業(yè)。

2.4 拓寬路基壓實質(zhì)量控制

新老路基拼接部位碾壓密實是改善公路路基改擴建施工質(zhì)量的核心工序之一。在公路路基修筑時，應(yīng)當(dāng)通過修筑試驗段來確定碾壓設(shè)備及其組合、碾壓遍數(shù)、攤鋪厚度、松鋪系數(shù)等參數(shù)。碾壓時應(yīng)當(dāng)由兩邊向中間碾壓，并遵循“先邊緣后中間，先慢后快”的原則。如果拓寬路基部分采用的填料為滲透性較小的粘性土，應(yīng)當(dāng)在路基底部鋪設(shè)一層透水性較好的砂礫墊層，避免出現(xiàn)水囊和“彈簧土”。同時，為了提高碾壓質(zhì)量，可采用增強補壓措施（沖擊碾壓、強夯、液壓夯等），增強補壓范圍結(jié)合臺階寬度、影響深度，路堤每填高2m補強一次(路床底部必須補壓一次)，寬度一般不小于2m。

3 結(jié)語

本文通過探究拓寬路基的常見病害形式、不協(xié)調(diào)變形機理及綜合處治措施，主要得出以下幾個方面的結(jié)論：⑴公路路基拓寬時，新路基相當(dāng)于施加在老路基的邊載，邊載不僅會成為施加在舊路基地靜荷載，還會在地基土表面產(chǎn)生不均勻附加應(yīng)力；⑵公路路基在進行拓寬設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)遵循“加強地基處理、合理選用填料、選擇合適拼寬方案、考慮地表水、地下水的影響”等原則；⑶路基拓寬項目的軟基地基處理方法選擇時應(yīng)當(dāng)考慮舊路特征、地基土性質(zhì)、路基填土高度、施工條件，工程造價等因素；⑷可采用挖臺階、鋪設(shè)土工合成材料、增強補壓等方式來加強新老路基之間的拼接，提高其整體性，但注意開挖臺階和路基的拼寬填筑應(yīng)當(dāng)交叉作業(yè)。