平原微丘區(qū)高速公路改擴(kuò)建工程關(guān)鍵技術(shù)

胡豐玲

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)，江蘇 南京 210005）

截至2018年底，國(guó)內(nèi)高速公路通車總里程已達(dá)14.26萬km，位居全球第一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，部分早期建成的高速公路，如長(zhǎng)三角、珠三角以及國(guó)家高速公路網(wǎng)中南北向、東西向交通主骨架，年交通流量平均增長(zhǎng)率多在10%以上，服務(wù)水平不斷降低，部分路段擁堵嚴(yán)重。為適應(yīng)持續(xù)增長(zhǎng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)及交通量，除開辟新線路外，高速公路的改擴(kuò)建也成為我國(guó)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中一項(xiàng)重要和緊迫的任務(wù)。

改擴(kuò)建工程是在現(xiàn)有公路的基礎(chǔ)上，為提高技術(shù)等級(jí)、通行能力或改善技術(shù)指標(biāo)而進(jìn)行的公路建設(shè)工程。老路因建設(shè)早，其在結(jié)構(gòu)性能、材料性能、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工水平、服役狀態(tài)等方面均會(huì)與新路存在較大的差異，老路經(jīng)運(yùn)營(yíng)及歷年養(yǎng)護(hù)后，各段情況復(fù)雜多樣，可以說老路是改擴(kuò)建工程建設(shè)的一個(gè)很大約束條件。另外，新一輪高速公路改擴(kuò)建工程還面臨著與重載、大交通量相匹配的構(gòu)造物質(zhì)量、性能提升、交通組織與安全保障等需求。因此，高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目所面臨的問題遠(yuǎn)比新建項(xiàng)目更加復(fù)雜。

文章以京滬高速公路改擴(kuò)建工程為例，介紹改擴(kuò)建工程關(guān)鍵技術(shù)及其施工注意事項(xiàng)。

1 項(xiàng)目概況

京滬高速公路沂淮江段是京滬高速公路重要組成路段，是江蘇省“五縱九橫五聯(lián)”高速公路網(wǎng)的重要組成部分。改擴(kuò)建工程起自京滬高速公路蘇魯省界，止于京滬高速公路正誼樞紐北側(cè)，全長(zhǎng)約259.6km?，F(xiàn)狀道路為雙向四車道，道路寬度為28m，2000年建成通車。全線按雙向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)建，采用沿既有公路兩側(cè)拼寬為主、局部分離為輔的總體擴(kuò)建方案。整體式路基寬度為42m，雙側(cè)分離式加寬段新建分離式路基單側(cè)寬度為13.25m。項(xiàng)目路途經(jīng)徐州、宿遷、淮安、揚(yáng)州四市，地質(zhì)情況變化大，跨越多個(gè)地震烈度區(qū)，需跨越多條重要河道、航道、鐵路及公路，控制因素多，建設(shè)條件復(fù)雜；交通量大、重載車多，工程方案復(fù)雜，建設(shè)期施工組織、交通組織難度大。

2 高速公路改擴(kuò)建工程關(guān)鍵技術(shù)

2.1 路基拼接技術(shù)

高速公路新老路基拼接技術(shù)是高速公路改擴(kuò)建工程成功與否的關(guān)鍵考核指標(biāo)之一。如拼接處理不善，則在新老路基結(jié)合部易出現(xiàn)縱向裂縫。究其原因主要有兩個(gè)方面：一方面，新老路基不均勻沉降。老路運(yùn)營(yíng)多年，地基沉降已基本穩(wěn)定，在外側(cè)拼接新路基后，新路基沉降時(shí)間短，新老路基不均勻沉降，在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)的附加應(yīng)力超過路面材料抗拉強(qiáng)度或界面強(qiáng)度，導(dǎo)致出現(xiàn)縱向裂縫。另一方面，新老路基填料強(qiáng)度、剛度存在差異，在后期汽車等荷載作用下變形不一致。對(duì)此，需從減小差異沉降、做好拼接構(gòu)造兩方面來做好新老路基拼接。

（1）制定合理的新老路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，并選擇合適的特殊路基處理措施。沉降控制標(biāo)準(zhǔn)偏低，則易產(chǎn)生不均勻沉降；偏高，則增加工程造價(jià)。江蘇省已完成和正在實(shí)施的高速公路改擴(kuò)建沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 江蘇省高速公路改擴(kuò)建工程沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

（2）調(diào)查老路建設(shè)時(shí)采用的特殊路基處理措施、運(yùn)營(yíng)期間養(yǎng)護(hù)歷史、地質(zhì)情況、路基填高等，根據(jù)確定的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，逐段計(jì)算并確定合適的處理措施。排水固結(jié)法因工期長(zhǎng)、對(duì)老路影響大，一般不建議用于改擴(kuò)建工程，常見的特殊路基處理方式有如下幾種：①根據(jù)軟土深度不同，在拼寬部分采用雙向水泥攪拌樁或者預(yù)制管樁處理，并在路基拼接臺(tái)階上打設(shè)1～2排管樁，如圖1所示。軟土深度小于等于14m時(shí)，可采用雙向水泥攪拌樁；大于14m時(shí)，采用預(yù)制管樁。②拼寬路基為高填方，且下方?jīng)]有軟土或地基存在較厚硬殼層時(shí)，拼寬路基可采用泡沫輕質(zhì)土填筑，以減輕填料自重、降低地基附加應(yīng)力，從而減少不均勻沉降，如圖2所示。③對(duì)于縱斷面抬升的軟土路段，可全斷面采用泡沫輕質(zhì)土填筑，必要時(shí)在外側(cè)拼寬部分打設(shè)管樁或水泥攪拌樁。

（3）制定恰當(dāng)?shù)钠唇訕?gòu)造。根據(jù)老路路基填料性質(zhì)確定拼接臺(tái)階構(gòu)造并根據(jù)路基填高在合適的層位設(shè)置橫向拼接加筋材料。拼接臺(tái)階為方便施工和提高拼接效果，形式宜采用豎傾式，尺寸在黏土路段可按寬度不小于1m控制，在粉砂土路段為保證老路路基穩(wěn)定和保證臺(tái)階成型，可調(diào)整為寬度不小于40cm。橫向拼接加筋材料一般選用鋼塑格柵、土工布或土工格室，鋪設(shè)在路基底部和路床中部，以加強(qiáng)新老路基橫向整體性，協(xié)調(diào)路基變形，如圖3所示。路基填高較大時(shí)，基底建議采用土工格室。為保證老路路基穩(wěn)定、確保老路行車安全，對(duì)老路邊坡進(jìn)行削坡和開設(shè)臺(tái)階時(shí)，應(yīng)自下而上逐層施工。在雨季施工時(shí)還應(yīng)注意做好臨時(shí)防護(hù)和臨時(shí)排水措施，臨時(shí)防護(hù)可采用噴射1cm厚水泥砂漿，如圖4所示。

圖1 雙向水泥攪拌樁或預(yù)制管樁

圖2 泡沫輕質(zhì)土

圖3 鋪設(shè)橫向拼接加筋材料

圖4臨時(shí)防護(hù)及臨時(shí)急流槽

2.2 路面拼接技術(shù)

改擴(kuò)建工程路面拼接方案需要注意兩個(gè)問題，一是老路硬路肩處治設(shè)計(jì)，二是路面拼接構(gòu)造設(shè)計(jì)。

老路硬路肩擴(kuò)建前通行車輛少，車輛碾壓沒有內(nèi)側(cè)行車道頻繁，因此路基路面材料沒有行車道密實(shí)；擴(kuò)建后老路硬路肩成為第三車道，一般需承受重交通甚至特重交通。根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，特重交通下路床厚度及回彈模量均有提高。為保證新建路面下路基強(qiáng)度的均勻性，老路硬路肩處治應(yīng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)施工打開路面后實(shí)測(cè)路床頂代表彎沉，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值采用不同的處治方案，較小時(shí)可簡(jiǎn)單翻松碾壓，較大時(shí)用低劑量水穩(wěn)或路面銑刨再生料置換一定厚度的路床。

路面拼接構(gòu)造設(shè)計(jì)包括合理確定路面基層橫向拼接位置、基層及面層拼縫面結(jié)合材料、路面拼縫橫向加筋材料?；鶎訖M向拼接位置宜避開輪跡帶，選擇車道標(biāo)線附近或車道中間等輪跡分布頻率低的位置，如滬寧高速公路江蘇段、江都至廣陵高速、濟(jì)青高速公路、京滬高速公路沂淮江段設(shè)置在車道線附近；南京機(jī)場(chǎng)路基層拼接縫設(shè)置在第三車道中心。車道內(nèi)輪跡橫向分布頻率如圖5所示。

圖5 車道內(nèi)輪跡橫向分布頻率

拼縫面結(jié)合材料基層可涂刷水泥凈漿或界面劑，面層可涂刷熱瀝青或乳化瀝青，以增強(qiáng)結(jié)合部黏結(jié)性能。路面拼縫橫向加筋材料可選用聚酯玻纖布，設(shè)置在基層頂拼縫位置，以增強(qiáng)新老路面整體性，避免后期出現(xiàn)縱向裂縫。

2.3 新老橋梁拼接技術(shù)

根據(jù)滬寧等高速公路擴(kuò)建成功經(jīng)驗(yàn)，中小跨徑橋梁可采用相同結(jié)構(gòu)類型、相同跨徑、上部結(jié)構(gòu)連接下部結(jié)構(gòu)不連接的方式進(jìn)行拼接，但需解決好兩個(gè)關(guān)鍵問題：新老橋拼縫混凝土和橋臺(tái)處伸縮縫的設(shè)計(jì)和施工。

從滬寧高速擴(kuò)建方案及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)情況看，當(dāng)時(shí)采用的“上連下不連”方案和輔助措施是成功的，具體措施包括如下方面：（1）外側(cè)拼寬橋基礎(chǔ)盡量采用樁基，并適當(dāng)加大樁長(zhǎng)、嚴(yán)控樁底沉渣厚度；（2）在滿足交通組織和施工工期需求的前提下，盡量延遲拼縫混凝土澆筑時(shí)間，從而使新橋基礎(chǔ)沉降、混凝土收縮徐變大部分能完成。但近年來社會(huì)對(duì)實(shí)施改擴(kuò)建的高速公路施工期保通要求越來越高，拼縫混凝土很難在沒有外部干擾的環(huán)境下完成澆筑和養(yǎng)護(hù)，因此需進(jìn)一步研究拼縫混凝土的材料（含外摻劑如抗裂增韌劑、纖維類抗裂外摻料、早強(qiáng)劑等）、配合比及施工工藝，使在澆筑后快速開放交通時(shí)，不影響自身結(jié)構(gòu)安全和耐久性。拼縫混凝土室內(nèi)試驗(yàn)圖如圖6所示。

圖6 拼縫混凝土室內(nèi)試驗(yàn)

根據(jù)對(duì)已實(shí)施改擴(kuò)建的高速公路調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋臺(tái)處伸縮縫經(jīng)常出現(xiàn)病害，如臺(tái)帽頂預(yù)留槽混凝土破碎、型鋼錯(cuò)位和斷裂等，如圖7（a）所示。經(jīng)對(duì)病害成因進(jìn)行分析，主要有四方面原因：（1）新老橋橋臺(tái)采用結(jié)構(gòu)分離，在臺(tái)后土壓力、汽車荷載作用下順橋向及豎向變形不一致；（2）破壞處多為橋臺(tái)拼縫附近、第三車道，此處為重載車行駛位置，且因臺(tái)后填土沉降造成沖擊荷載較大；（3）臺(tái)背側(cè)伸縮縫預(yù)留槽混凝土偏薄，整體剛度較??；（4）伸縮縫施工質(zhì)量不好，如伸縮縫預(yù)留槽底部處理不徹底、錨固鋼筋數(shù)量少、因施工造成的彎折及斷裂鋼筋未補(bǔ)強(qiáng)、鋼筋綁扎質(zhì)量差等，如圖7（b）所示。

圖7 伸縮縫混凝土破碎及槽口鋼筋

為避免此類病害，拼接時(shí)需從減少外部受力、提高自身抗力、加強(qiáng)施工質(zhì)量等方面進(jìn)行控制。具體舉措包括如下方面：（1）臺(tái)后填土嚴(yán)格壓實(shí)，提高橋臺(tái)抗推剛度，對(duì)已脫空的搭板進(jìn)行注漿處理等；（2）加大橋臺(tái)背墻側(cè)伸縮縫槽口深度，新老橋背墻剛接成整體；（3）嚴(yán)格控制伸縮縫施工質(zhì)量，如預(yù)留槽鑿除應(yīng)規(guī)整、到位，底部清除應(yīng)徹底，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求設(shè)置鋼筋，對(duì)施工過程中彎折或斷裂的鋼筋應(yīng)等強(qiáng)恢復(fù)等。

3 結(jié)束語

高速公路改擴(kuò)建工程是新時(shí)期高速公路發(fā)展建設(shè)趨勢(shì)，是新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的必然需求。高速公路改擴(kuò)建工程較新建工程要復(fù)雜很多，受制約的因素更多，除受沿線地形地貌、國(guó)土規(guī)劃、生態(tài)紅線等因素制約外，現(xiàn)有老路還是各專業(yè)在確定改擴(kuò)建方案時(shí)最大的一個(gè)邊界約束因素。相對(duì)于新建高速公路，改擴(kuò)建工程勘察設(shè)計(jì)應(yīng)更全面、細(xì)致，需處理好新老路相互關(guān)系、協(xié)調(diào)好各專業(yè)間關(guān)系，兼顧施工工藝及工期與交通組織的關(guān)系，同時(shí)還應(yīng)積極應(yīng)用四新技術(shù)，解決好改擴(kuò)建工程面臨的一系列新挑戰(zhàn)、新難題，深入貫徹落實(shí)“品質(zhì)工程、綠色公路”建設(shè)理念，打造新時(shí)期高質(zhì)量精品工程。