淺談高速公路工程路基加寬技術(shù)研究

李 楠

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030)

1 高速公路加寬的方式

高速公路改擴(kuò)建的方式包括單側(cè)加寬、兩側(cè)加寬和混合加寬。

單側(cè)加寬的優(yōu)點(diǎn)是：不加寬側(cè)的附屬設(shè)施可以繼續(xù)保留使用，施工對既有高速的通行影響較小。缺點(diǎn)是：由于路線的中心線發(fā)生了偏移，導(dǎo)致中央分隔帶內(nèi)和加寬側(cè)的附屬設(shè)施要進(jìn)行重新改移或拆除。

雙側(cè)加寬的優(yōu)點(diǎn)是：路線中心線可作為改建后線路的中心線，新老線路的橫坡斷面能有效的組合。缺點(diǎn)是：既有高速公路兩側(cè)的附屬設(shè)施均要拆除，對既有高速通車的安全防護(hù)要求更高，施工期間占地較多，安全影響因素較大。

混合加寬采用的是單側(cè)和兩側(cè)組合加寬的方式，施工比較困難，影響因素較為復(fù)雜，所以在實(shí)際工程中較少采用。

2 高速公路加寬的特點(diǎn)

總結(jié)目前已完工改擴(kuò)建高速公路項(xiàng)目，從通車運(yùn)營和路基、路面病害機(jī)理方面考慮高速公路加寬存在以下幾個特點(diǎn)：

（1）在新、老路基搭接處，由于新、老路基材料性能與力學(xué)性能差異較大，兩者無法在第一時(shí)間內(nèi)形成受力共同體，因此在車輛荷載及土體永久固結(jié)作用下，新、老搭接處周圍會產(chǎn)生不均勻變形，從而導(dǎo)致該處路基產(chǎn)生較大的不均勻沉降和橫向裂縫。

（2）由于交叉處空間較小，回填土的分層壓實(shí)無法采用大型壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)，所以會存在局部漏夯和壓實(shí)度不易達(dá)到規(guī)范要求的情況，在恢復(fù)通車后路基產(chǎn)生沉降。

（3）由于路基的沉降原因，將會導(dǎo)致路面過早破壞，當(dāng)有雨水在路面破損處積聚或沿裂縫滲入路基土體，會進(jìn)一步導(dǎo)致路基土體結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而加速路面損壞。

（4）新路面與原路面的搭接處，若處置不合理，容易產(chǎn)生施工縫。在雨季時(shí)，雨水沿施工縫很快進(jìn)入表面層，滯留于瀝青混凝土的空隙中。在車輛的反復(fù)作用下，產(chǎn)生動水壓力使瀝青從粒料表面逐漸剝落下來，瀝青混凝土失去應(yīng)有的強(qiáng)度，面層將產(chǎn)生網(wǎng)裂和變形。局部網(wǎng)裂會逐漸松散，松散的石料被車輪甩出形成坑洞，隨著時(shí)間的推移，將會造成路面大面積破損。

（5）新路面與原路面的搭接處，由于路面新老材料難以有效結(jié)合和壓實(shí)密度不同的原因，造成搭接處路面不平整。加大了車輛對路面的沖擊力，從而加速了路面的破壞。

3 高速公路路基加寬控制新老路基差異沉降措施

3.1 新老路基的處理

在高速公路改擴(kuò)建過程中，首先要解決新舊路基之間存在的結(jié)合面質(zhì)量問題，避新老路基之間銜接不佳等問題導(dǎo)致的裂縫出現(xiàn)。在改建之前，既有高速公路地基沉降已經(jīng)完成，而新建路基將對新老路基產(chǎn)生附加應(yīng)力及附加沉降，在之后的通行中再加上車輛等因素的影響，隨著道路承載力的不斷增加，裂縫也會隨之加大，甚至可以引發(fā)新老路基斷裂分離等問題。

因此，施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查既有高速公路沿線的地質(zhì)條件，根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取不同的地基處理方法。結(jié)合我國對已經(jīng)完成改擴(kuò)建高速公路的研究和總結(jié)，目前所采用的處理方式有：粉噴樁、塑料排水板、攪拌樁、CFG 樁等處理措施。這些處理措施都有效的降低了新老路基沉降差，從而確保了拼接路段路基的穩(wěn)定性。

3.2 臺階開挖

考慮到原有公路路基的邊緣存在一些坡度，為提高新舊路基的連接效果，保證路基質(zhì)量，因此將原來的路基斜坡改成階梯狀的臺階，作為公路工程路基加寬施工中常見施工方式，其主要目的：一方面是為了清除老路堤表層植被和壓實(shí)度不足的填土；另一方面是加大新老路基的接觸面，從而增強(qiáng)結(jié)合面處的摩阻力和抗減強(qiáng)度；再者還可以通過鋪設(shè)土工合成材料以提高路基的結(jié)合性和整體性。開挖一般采用機(jī)械開挖為主，人工開挖為輔的方式。機(jī)械設(shè)備的效率高、可靠性高，可以有效保證坡度的均勻性。在公路路基加寬當(dāng)中進(jìn)行臺階開挖，會影響新老路基的銜接和結(jié)合，由于底料或是填料的影響，路面可能會出現(xiàn)沉降的現(xiàn)象，使得一定的剪切力產(chǎn)生在新舊路基的結(jié)合面之間存在，使得結(jié)合效果被影響，進(jìn)而造成整體平面之間的不均勻。因此需要結(jié)合地勢和地形，調(diào)整臺階的寬度，使其更好地符合施工需求。

3.3 路基填筑

首先，對于工作人員而言，需要對路堤填料進(jìn)行合理的選擇。為了最大程度對新老路基之間的連接效果有效提升，一般需要用相同的填料到路基加寬的位置。在對填筑材料選擇時(shí)，需要考慮強(qiáng)度、水穩(wěn)定性等因素，其中以砂礫等材料為宜。在實(shí)際工程中常會出現(xiàn)所選材料不符合施工規(guī)定，因此不得不另外選擇新的材料。在可持續(xù)發(fā)展理念、生態(tài)文明建設(shè)等理念的要求下，為了對成本有效控制，并避免影響生態(tài)環(huán)境，就需要對原路基臺階開挖所形成的污土等進(jìn)行有效處理。在對基底、坡土表面進(jìn)行基礎(chǔ)清理之后，在符合規(guī)范要求的前提下，作為路基填筑材料進(jìn)行使用。

其次，施工放樣工作的開展，是在正式進(jìn)行填筑路基之前，相關(guān)工作人員需要結(jié)合路基加寬的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合加寬寬度、邊坡坡度等因素進(jìn)行基礎(chǔ)放樣，并標(biāo)注出加寬路基的腳線，應(yīng)用石灰來畫出路堤的填筑邊線。而提高路基填筑的便利性，需要在達(dá)到路堤邊緣壓實(shí)度實(shí)際施工要求的情況下，保證路堤填筑邊線可以在加寬路基坡腳線之外留出0.5m 左右的距離。

再次，鋪筑路堤填筑材料。為了降低路基本身的壓縮變形和曾強(qiáng)水穩(wěn)性，通常在料源比較充足的地方采用透水性砂石填料。在料源較為缺乏的地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧闲阅芎瓦\(yùn)輸車輛的運(yùn)載量以及工程進(jìn)度安排，需要在通過路基試驗(yàn)段進(jìn)行預(yù)處理，并通過添加其他膠凝材料來改善材料性質(zhì)，從而確保路基的整體性和提高路基的抗減能力。

最后，為了使加寬部分路堤和既有高速公路路堤能緊密銜接成整體，以降低新老路堤的不均勻沉降差，防止路面開裂，改擴(kuò)建過程中還應(yīng)嚴(yán)格控制壓實(shí)度。目前國內(nèi)普遍采用的是適當(dāng)提高新建路基的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，并在新老路基結(jié)合處采用強(qiáng)夯和沖擊碾壓的措施。

3.4 路基路面排水

將排水施工應(yīng)用到路基路面中，發(fā)揮其巨大的作用，可以有效提高路基路面積水的排水速度，避免出現(xiàn)滲水的情況。因此需要對路基路面進(jìn)行集中排水，從而提升排水效率和排水質(zhì)量，最大程度減少排水時(shí)間，減少出水對路面路基造成的影響，對排水效果有效保證。對于較高地勢、較高路面的路段，可以將雨水井或是排水溝設(shè)在路面中央，在工程中也能達(dá)到較好的排水效果。

3.5 新老路基結(jié)合處

在結(jié)合處公路路面設(shè)置觀測點(diǎn)，開挖時(shí)，公路路面如有坍塌、沉降、裂縫等情況時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并采取有效的補(bǔ)救措施。開挖前應(yīng)在線路與地下障礙物交叉處作出標(biāo)記，標(biāo)出里程，障礙埋深、尺寸等，以免開挖不慎而對其造成破壞。在結(jié)合處機(jī)械局部漏夯的位置，應(yīng)采取人工補(bǔ)夯，確保路基質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。

3.6 施工工藝

改移線路填料應(yīng)嚴(yán)格按公路路基填料的最佳含水量控制，并嚴(yán)格按照“先輕后重、先慢后快、分層碾壓、碾壓均勻”的原則進(jìn)行施工，改移道路完成后填土壓實(shí)度應(yīng)高于相應(yīng)路基施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

4 高速公路路面整治措施

首先，高速公路改擴(kuò)建的目的是解決現(xiàn)有道路通行能力不足的問題，既有路面結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于超負(fù)荷服役，在車輛荷載的作用下已經(jīng)超過自身的承受范圍；其次，既有道路已經(jīng)服役多年，或多或少存在不同的病害；再次，由于早期修筑的半剛性基層瀝青路面比較重視基層的強(qiáng)度指標(biāo)?；蛘哂捎谠O(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)不足造成的瀝青標(biāo)號、集料級配和結(jié)構(gòu)類型選擇不當(dāng)從而導(dǎo)致瀝青面層比較薄弱。因此，新舊路面的有效結(jié)合成為改擴(kuò)建高速公路首要面對的問題。

（1）新老路面的搭接尺寸。由于新老路面在材料性能等眾多方面的不同，根據(jù)相關(guān)資料可以看出，隨著搭接尺寸的的增大，新路面所承受的拉應(yīng)力也隨之增大，相應(yīng)的老路面的拉應(yīng)力隨之減小。隨著搭接尺寸的增大，應(yīng)力分布也越來越均勻。因此選擇科學(xué)合理的搭接尺寸不但能節(jié)約成本，也能降低新舊路面在車輛荷載作用下產(chǎn)生病害的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）新老路面的搭接方式。新老路結(jié)合處的不均勻變形是導(dǎo)致路面縱向開裂的主要原因，一方面是由于新舊路基沿結(jié)合處開裂，反射至面層導(dǎo)致的，另一方面是路面結(jié)構(gòu)在新老路面的結(jié)合處產(chǎn)生的較大的集中應(yīng)力。因此采用路面結(jié)構(gòu)搭接采用臺階的方式可以有效緩解應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而搭接處路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 小結(jié)

本文根據(jù)近年來高速公路改擴(kuò)建所采取的措施，分析路基、路面在新老結(jié)合處的受力特點(diǎn)，得出如下結(jié)論：

（1）通過總結(jié)和受力分析，新老路基解決沉降差的主要措施對新老路基地基的處理；削邊坡和臺階開挖；采用土工合成材料；采用和改進(jìn)路基填筑材料；提高路基填筑壓實(shí)度；采用先進(jìn)的施工工藝等。（2）路面的整治原則為選擇科學(xué)合理的搭接尺寸和搭接方式。