高速公路路面加寬施工技術(shù)與設(shè)計(jì)研究

沈 毅，賀鴻飛，匡渝陽

((1.杭州交通高等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)有限公司，浙江 杭州 310007;2.磐安成業(yè)建設(shè)工程有限公司，浙江 金華 324000;3.常山安欣建設(shè)有限公司，浙江 衢州 324000))

1 引 言

近些年我國基礎(chǔ)建設(shè)取得令人舉目的成效，高速公路因帶動(dòng)了貨運(yùn)與客運(yùn)的快速發(fā)展對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的作用到。但是雖然我國高速公路基礎(chǔ)建設(shè)具備較大的規(guī)模，但并不能滿足當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路堵車現(xiàn)象日益頻繁，安全交通事故頻現(xiàn)。因此有必要對(duì)現(xiàn)有的高速公路進(jìn)行改造，其中對(duì)公路加寬無論是在設(shè)計(jì)還是在施工中都是改造技術(shù)中的關(guān)鍵。高速公路建成通車之后，見過長時(shí)間的運(yùn)行，路基完成沉降；而對(duì)其加寬的同時(shí)新的路基存在沉降，因此經(jīng)過長時(shí)間的積累，新舊路面的接縫處容易發(fā)生開裂現(xiàn)象，對(duì)高速公路造成嚴(yán)重不利影響。因此有必要對(duì)對(duì)加寬技術(shù)進(jìn)行探討研究。我國地域廣闊，為應(yīng)對(duì)物流、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路發(fā)展迅速，截止目前里程已達(dá)13.1萬km。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)域性，大部分高速公路分布在東南沿海地區(qū)，加上交通量的增長和該區(qū)域地貌特殊，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)域性，大部分高速公路分布在東南沿海地區(qū)，為軟土地基層，不能滿足交通量重型化、大型化及快速增長的趨勢要求，則對(duì)目前高速公路進(jìn)行擴(kuò)建改造，改善運(yùn)輸結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸效率。

2 工程實(shí)例

某高速公路按照一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，目前是四車道，路基寬度是23 m，包含1 m寬度的中央隔離帶，路緣帶寬度兩邊各0.5 m，車道寬度為3.75 m。由于路面使用時(shí)間久遠(yuǎn)，同時(shí)為了應(yīng)對(duì)軟土地基施工后沉降較大的特點(diǎn)，路采用混凝土和瀝青路面混合的形式?；膺吰略谟晁那治g及沖刷作用下發(fā)生滑坡，造成該高速公路路基水毀及混凝土路面面板脫空等病害，路面的場地勘測數(shù)據(jù)。公路內(nèi)側(cè)邊坡，為巖土質(zhì)邊坡，垮塌長度約120 m，垮塌坡面高度約25.8 m。邊坡垮塌導(dǎo)致家庭村的村道外側(cè)路肩垮塌，形成長約20的缺口，為確保切方邊坡的穩(wěn)定，避免垮坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)展，對(duì)發(fā)生垮塌地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)側(cè)邊坡的工程處治以坡面支護(hù)處理為主，采用路塹擋土墻進(jìn)行支擋，然后采用臺(tái)階式C25混凝土護(hù)坡，坡比較陡地方采用護(hù)面墻。如表1所示，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

表1 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表2 勘測參數(shù)

2.1 模型假設(shè)

A.不考慮路基縱向長度問題，同時(shí)三維模型可以簡單轉(zhuǎn)換成二維模型進(jìn)行平面處理；

B.新舊路基存在連續(xù)性；

C.新舊路基的標(biāo)高是一致的，路面各層結(jié)構(gòu)中采用各相同性的彈性材料；

D.新道路加寬之后與舊道路之間是連續(xù)的，這樣保證力學(xué)性能完整性，路面設(shè)計(jì)計(jì)算。

(1)

(2)

rr(σpra+σtra)≤fr

(3)

注釋：σpra,σpsa代表瀝青加鋪層下結(jié)構(gòu)在臨界狀態(tài)下的荷載疲勞應(yīng)力與標(biāo)準(zhǔn)荷載應(yīng)力，單位是MPa。σpa表示無瀝青加鋪結(jié)構(gòu)在臨界狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)軸載應(yīng)力。ha是瀝青鋪設(shè)的厚度，ξ是荷載應(yīng)力折算系數(shù)。σtra表示瀝青鋪設(shè)層結(jié)構(gòu)在臨界位置的溫度疲勞應(yīng)力，σtr,σtm是無瀝青加鋪層狀態(tài)下結(jié)構(gòu)臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度疲勞應(yīng)力與最大溫度應(yīng)力，ξ是溫度應(yīng)力折算系數(shù)。以公式3的含義是舊混凝土的結(jié)構(gòu)荷載疲勞應(yīng)力與溫度應(yīng)力之和應(yīng)小于設(shè)計(jì)預(yù)定可靠性水平極限狀態(tài)表達(dá)式。

2.2 模型分析

如圖1所示，加寬路面前后的結(jié)構(gòu)，舊路面對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)厚度為80 cm，加寬后路面結(jié)構(gòu)的厚度為89 cm。地基采用粉噴樁形式，樁型為圓柱形，長度為10 m，間距為3 m，樁徑為60 cm。

圖1 加寬前后路面結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 路面加寬后的性能分析

根據(jù)上述的加寬方案，平整度工程檢測，通過結(jié)合《公路路基施工技術(shù)方案》(JTGF10-2006)，用5 m的直尺采用抽樣法對(duì)路基的平整度和壓實(shí)度進(jìn)行檢測。其結(jié)果如下：

通過表3所示，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本方案的施工完成后其平整度達(dá)到8.5，滿足規(guī)范的要求，經(jīng)過該方案設(shè)計(jì)施工，加寬路面平整度良好。同時(shí)在加寬路面完成之后。其壓實(shí)度也能滿足設(shè)計(jì)要求，加寬路基密實(shí)性優(yōu)良。路面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力分析。根據(jù)公式(1)、(2)、(3)得知，只有結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力小于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)極限容許應(yīng)力時(shí)，路面結(jié)構(gòu)才處于穩(wěn)定的狀態(tài)。對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行分析得知：改性瀝青瑪脂碎石、中粒式改性瀝青混凝土、粗粒式瀝青混凝土、密集配瀝青穩(wěn)定碎石、水泥粉煤灰碎石、低劑量水泥穩(wěn)定碎石的容許應(yīng)力值σ分別為：0.47，0.30，0.23，0.23，0.18，0.12。由于新舊路面層的材料不同，引起容許盈利不同，存在設(shè)計(jì)強(qiáng)度發(fā)揮率與應(yīng)力控制層兩個(gè)概念。由于道路結(jié)構(gòu)層在力學(xué)性能上的遷都利用率，數(shù)值等于結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力與容許應(yīng)力的比值。應(yīng)力控制層是設(shè)計(jì)強(qiáng)度發(fā)揮率最高值對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。因此根據(jù)上論述結(jié)合設(shè)計(jì)得出圖2左，發(fā)現(xiàn)：絕大部分的結(jié)構(gòu)層面對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度發(fā)揮率都是大于1的，表明結(jié)構(gòu)層附加應(yīng)力大于超出容許應(yīng)力。只有在距離道路中心線5 m的距離位置，結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度發(fā)揮率小于1。ATB對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度發(fā)揮率最大，對(duì)應(yīng)的材料為低劑量水泥穩(wěn)定層，也就是應(yīng)力控制層。處理后的結(jié)構(gòu)附加層應(yīng)力分析。道路施工結(jié)束運(yùn)營一段時(shí)間后，對(duì)路面進(jìn)行檢測。

表3 加寬路面檢測結(jié)果

圖2 加寬路面前后強(qiáng)度應(yīng)力分析

如圖2所示，從中發(fā)現(xiàn)新加寬的道路沉降的原因基本是由于拉應(yīng)力的存在且附件應(yīng)力的數(shù)值在明顯減弱，其中在中線的位置拉應(yīng)力最小。同時(shí)處理后的路面結(jié)構(gòu)層遷都發(fā)揮率的數(shù)值均小于1，對(duì)應(yīng)的含義是結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力值小于結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力值。同樣路面底基層對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度發(fā)揮率仍然路面底基層，對(duì)應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)材料是低劑量水泥穩(wěn)定碎石。

3 結(jié) 論

高速公路加寬是公路改造中重要的施工類型，其中新舊路面拼接應(yīng)力分析及其不均勻沉降引起裂縫出現(xiàn)是其施工過程的重點(diǎn)難點(diǎn)。本文根據(jù)其地勘資料對(duì)某段高速公路進(jìn)行加寬設(shè)計(jì)，研究結(jié)果顯示路面底基層具有良好強(qiáng)度發(fā)揮率，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)層是低劑量水泥穩(wěn)定碎石，所設(shè)計(jì)的加寬方案及其材料的物理性能能夠滿足強(qiáng)度要求，降低了新舊道路不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)。