高速公路擴(kuò)建工程路基路面拼寬設(shè)計(jì)

王泳心

摘 要：為了改善高速公路擴(kuò)建工程質(zhì)量，本文以路基拼寬和路面拼寬作為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上改進(jìn)。通過(guò)合理鋪設(shè)路基拼寬位置，采取清坡、削坡、挖臺(tái)階處理，根據(jù)路面通行需求，重新規(guī)劃路面鋪設(shè)結(jié)構(gòu)。測(cè)試結(jié)果表明，本文提出的路基拼寬設(shè)計(jì)方案與路面拼寬設(shè)計(jì)方案符合結(jié)構(gòu)形變、耐久性、舒適度要求，可以作為公路擴(kuò)建參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：路基拼寬;路面拼寬;高速公路

中圖分類號(hào)：U418.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

高速公路修建是各個(gè)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可缺少的一部分，通過(guò)高速通路運(yùn)輸，加快旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。因此，高速公路修建備受人們重視。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)領(lǐng)域覆蓋，加大了運(yùn)輸需求[2]。為了滿足運(yùn)輸需求，需要擴(kuò)建高速公路，保證新老路基路面的協(xié)調(diào)性[3]。目前，尚未給出可靠性較高的擴(kuò)建設(shè)計(jì)方案，仍需進(jìn)一步探究。

1 高速公路擴(kuò)建工程路基拼寬設(shè)計(jì)

1.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

擴(kuò)建工程的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是保證新路與老路的銜接控制，按照國(guó)家高速公路修建標(biāo)準(zhǔn)，提出路肩橫坡變化值不得超出0.6%的要求，且新路坡向與老路坡向必須保持一致。標(biāo)記原路中心位置記為P，新路與老路拼接到一起以后，P處附加的沉降增量不可以超過(guò)50 mm，否則認(rèn)為拼寬設(shè)計(jì)不可靠。另外，計(jì)算新路的路基沉降值，要求總值控制在15 cm以下，施工結(jié)束后測(cè)得沉降值不得超過(guò)5 cm[4]。由于路基拼寬設(shè)計(jì)很難避免路基差異問(wèn)題，可以允許差異沉降的存在，但是不得超出5 cm。

1.2 拼寬位置的設(shè)置

考慮到老路基因長(zhǎng)期使用強(qiáng)度下降，所以在建設(shè)新路基時(shí)，不可以忽略高路基強(qiáng)度的提升處理。本設(shè)計(jì)方案挖除老路土的硬路和路肩，設(shè)定第三車道、第四車道、硬路肩為拼寬區(qū)域，在標(biāo)定的位置修建新的路基，在兩個(gè)車道之間畫線，標(biāo)記為拼接縫。這種設(shè)計(jì)方案為新建路基的強(qiáng)度提供了保障，新修路段的強(qiáng)度分布比較均勻，同時(shí)也可以通過(guò)硬路肩的拼接，改善老路基的強(qiáng)度。

1.3 清坡、削坡、挖臺(tái)階處理

在拼接新路基時(shí)，需要對(duì)老路基邊坡采取削坡和清坡處理，處理深度設(shè)置為30 cm。為了提高路基拼寬質(zhì)量，本研究采用實(shí)地勘察法，對(duì)老路基邊坡樹木和填土分布情況進(jìn)行了勘測(cè)?？辈炱陂g發(fā)現(xiàn)，部分區(qū)段樹木較多，以灌木為主，高大樹木較少，路基填土比較松散。在此環(huán)境下，需要對(duì)老路填土壓實(shí)度進(jìn)行調(diào)整，以3 m填土高度作為分界線，當(dāng)填土高度未超出限定值時(shí)，控制邊坡削坡率為1：1，當(dāng)填土高度超出限定值時(shí)，控制邊坡削坡率為1：1.25。

從原路基邊坡下方挖掘，逐漸向上挖掘，完成一級(jí)開挖后立即填筑，并采取碾壓處理。其中，開挖尺寸為120 cm×150 cm，一級(jí)以上臺(tái)階開挖尺寸各下調(diào)40 cm、50 cm。其中，最上層臺(tái)階由邊緣向內(nèi)開挖。

1.4 土工合成材料應(yīng)用方法

通常情況下，老路基與新路基拼寬期間縱向容易開裂，為了避免此類問(wèn)題的產(chǎn)生，本研究選取土工合成材料作為路基拼寬材料，協(xié)調(diào)路基土體，避免其發(fā)生過(guò)大的形變，使得路基荷載得以均勻分布，提高路基拼接強(qiáng)度。

在新路基和老路基交界處標(biāo)記路床開發(fā)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)鋪設(shè)土工格柵。其中，一層格柵的布設(shè)位置在路床面下20 cm處，沿著橫向位置均勻鋪設(shè)。為了高質(zhì)量完成新路基和老路基拼寬施工，在交界標(biāo)記范圍內(nèi)路基基地鋪設(shè)土工格柵，層數(shù)范圍1～3層，根據(jù)填土高度不同，設(shè)計(jì)不同的格柵鋪設(shè)方案。當(dāng)填土高度超過(guò)5 m時(shí)，鋪設(shè)3層土工格柵;當(dāng)填土高度不足5 m，且高于3 m時(shí)，設(shè)置基地處為土工格柵鋪設(shè)位置，在此處鋪設(shè)一層的同時(shí)，在距離地面20 cm處同樣鋪設(shè)一層土工格柵;當(dāng)填土高度不足3 m時(shí)，設(shè)置基地處為土工格柵鋪設(shè)位置，在此處鋪設(shè)一層格柵。

1.5 有限元分析

本研究采用有限元分析法，以傳統(tǒng)路基拼寬方法作為對(duì)照組，以本文提出的拼寬方案作為實(shí)驗(yàn)組，利用有限元軟件模擬最大變形時(shí)的路基形變情況，結(jié)果如圖1所示。

圖1中，傳統(tǒng)路基拼寬方案產(chǎn)生的形變比較顯著，而本研究提出的路基拼寬方案產(chǎn)生的形變幅度比較小，在彈性變形允許范圍之內(nèi)。所以，本文提出的路基拼寬方案滿足可行性要求。

2 高速公路擴(kuò)建工程路面拼寬設(shè)計(jì)

2.1 路面拼寬設(shè)計(jì)難點(diǎn)

高速公路擴(kuò)建期間老路面和新路面的拼接處理難度較大，老路面經(jīng)過(guò)多年使用，耐久性能逐漸減弱，如何在拼寬新路面時(shí)，對(duì)其采取耐久性改善處理，成為了當(dāng)前重點(diǎn)研究問(wèn)題。另外，高速公路作為我國(guó)各個(gè)城市運(yùn)輸重要路段，對(duì)重載有一定要求，如何在擴(kuò)建期間，調(diào)整路面結(jié)構(gòu)也是一項(xiàng)重要解決問(wèn)題。

2.2 路面加鋪與拼寬設(shè)計(jì)

為了改善老路面的耐久性，需要對(duì)這部分路面的病害采取治理，而后在其上方布設(shè)一層具有改性功能的瀝青，并向其中摻雜一些碎石攪拌封層。關(guān)于封層處理和上下面層瀝青的鋪設(shè)方案見表1。

關(guān)于拼寬結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)，沿著從上到下的順序，介紹結(jié)構(gòu)層名稱、鋪設(shè)材料、鋪設(shè)厚度：（1）上面層，選取SBS瀝青作為鋪設(shè)原材料，向其中添加SMA-13瑪蹄脂碎石，攪拌后鋪設(shè);（2）粘層，選取乳化瀝青作為鋪設(shè)材料，布設(shè)粘層;（3）中面層，選取中粒式SBS瀝青作為鋪設(shè)原材料，向其中添加AC-20混凝土，攪拌后鋪設(shè);（4）粘層，選取乳化瀝青作為鋪設(shè)材料，布設(shè)粘層;（5）下面層，選取粗粒瀝青作為鋪設(shè)原材料，向其中添加AC-20混凝土，攪拌后鋪設(shè);（6）粘層，選取乳化瀝青作為鋪設(shè)材料，布設(shè)粘層;（7）柔性基層，選取密級(jí)配瀝青作為鋪設(shè)原材料，向其中添加ATB-25碎石，攪拌后鋪設(shè);（8）封層，選取SBS瀝青作為鋪設(shè)原材料，向其中添加碎石，攪拌后鋪設(shè);（9）透層，選取乳化瀝青作為鋪設(shè)材料，布設(shè)透層;（10）基層，在水泥中添加碎石，攪拌均勻后鋪設(shè);（11）通知碎石與水泥的比例，采用低劑量的水泥攪拌鋪設(shè)。

2.3 保通路面拼寬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到高速交通道路在擴(kuò)建期間存在通行需求，所以保通路面拼寬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。依據(jù)車輛通行需求，對(duì)傳統(tǒng)通行路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，指標(biāo)如下：

（1）SMA-13，厚度4 cm;（2）AC-20，厚度6 cm;（3）AC-25，厚度9 cm;（4）AC-25，厚度9 cm;（5）水隱碎石，厚度20 cm;（6）水隱碎石，厚度20 cm;（7）水隱碎石，厚度20 cm;（8）6%摻量石灰土，厚度30 cm;（9）4%摻量石灰土，厚度50 cm;（10）壓實(shí)素土，厚度40 cm。

2.4 路面耐久性與保通路面舒適度測(cè)試分析

以傳統(tǒng)路面拼寬方案作為對(duì)照組，以本研究設(shè)計(jì)的路面拼寬方案作為實(shí)驗(yàn)組，選取4處路面作為測(cè)試點(diǎn)，分別對(duì)路面的耐久性和舒適度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2中測(cè)試結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)方案相比，本方案路面耐久性能較強(qiáng)，鋪設(shè)的保通路面通行舒適度較高。

3 總結(jié)

本文圍繞高速公路擴(kuò)建問(wèn)題展開研究，選取路基拼寬和路面拼寬兩項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為研究?jī)?nèi)容。以老路和新路協(xié)調(diào)性作為前提條件，分別提出拼寬方案。模擬測(cè)試結(jié)果表明，本文提出的拼寬設(shè)計(jì)方案，路基產(chǎn)生形變幅度較小，路面拼寬耐久性較強(qiáng)，保通路面通行舒適度較高。

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