高速公路擴建工程中路基拓寬施工技術(shù)的應(yīng)用

馬闖

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

如今，越來越多的高速公路為適應(yīng)不斷增加的交通量而進行擴建，路基拓寬是擴建過程中的一項重要內(nèi)容，在很大程度上決定了整個擴建工程的成敗。因此，有必要結(jié)合高速公路擴建工程實際情況，對路基拓寬施工技術(shù)的應(yīng)用進行分析。本文以某高速公路擴建工程為例，對其路基拓寬段落所用施工技術(shù)方法進行分析。

1 工程概況

某高速公路通車至今已有十余年的時間，其路基沉降基本完成。研究路段的路基下臥層以砂性土為主，具有排水固結(jié)速度相對較快的特點，沉降可在施工過程中基本完成，但施工過程中需嚴(yán)格控制填方速度，加強施工觀測，以免將舊路基拉裂。但因該路段地下水位相對較高，且地基的整體承載力不強，加之處在新舊路基之間的交接部位，因此路基施工是該路段擴建的重難點所在[1]。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對于路基拓寬施工，其病害類型主要為新舊路基之間產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形的現(xiàn)象。在路基拓寬時的綜合處治過程中，其根本目標(biāo)在于確保拓寬路基保持穩(wěn)定和整體，并對路基產(chǎn)生的不協(xié)調(diào)變形予以嚴(yán)格控制。不協(xié)調(diào)變形主要有以下三種情況：①新舊路基之間的結(jié)合處產(chǎn)生滑移；②新路基產(chǎn)生一定程度的壓縮變形現(xiàn)象；③新舊路基地基產(chǎn)生明顯的差異沉降。當(dāng)路基拓寬條件不同時，工程病害對應(yīng)的主導(dǎo)變形也完全不同。

基于此，對新舊路基之間的結(jié)合處進行綜合處治的過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循提高拓寬路基穩(wěn)定性、減少新舊路基之間的不協(xié)調(diào)變形、增強路基結(jié)構(gòu)自身抵抗變形發(fā)生能力和綜合治理四個原則，并充分考慮工程具有的特點及不同措施方法的適用條件，選擇適宜的施工方法，其中，新舊路基之間產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形時，當(dāng)不協(xié)調(diào)變形的產(chǎn)生原因為新舊路基之間的結(jié)合處產(chǎn)生滑移的，應(yīng)通過如路基加筋等方法做好結(jié)合面的處理來解決；當(dāng)不協(xié)調(diào)變形的產(chǎn)生原因為新路基產(chǎn)生一定壓縮變形的，需通過加強填料與壓實控制、采用輕質(zhì)路堤和路基加筋來解決；當(dāng)不協(xié)調(diào)變形的產(chǎn)生原因為新舊路基地基產(chǎn)生差異沉降的，需通過加強地基處理、采用輕質(zhì)路堤和路基加筋來解決。在增強路基結(jié)構(gòu)自身抵抗變形發(fā)生能力方面，可通過適當(dāng)增加厚度與路面加筋來實現(xiàn)[2]。而在綜合治理方面，可通過增設(shè)分隔帶、加強排水與對路基路面進行綜合處理來實現(xiàn)。

在路基處治中需遵循：①將保證穩(wěn)定作為基礎(chǔ)，以嚴(yán)控不協(xié)調(diào)變形為關(guān)鍵，將變形的協(xié)調(diào)控制作為路基處治核心；②路基路面彼此作用和影響，基于此，在路基拓寬處治過程中要對不同方面統(tǒng)一考慮，綜合處治；③在路基拓寬處治過程中，應(yīng)對包含地域情況、地質(zhì)條件與環(huán)境條件等在內(nèi)的內(nèi)容予以充分考慮，以保證經(jīng)濟合理性和施工便利性。

2 路基拓寬病害處治與施工方法

2.1 新舊路基之間的結(jié)合面處治

案例路段上部地層土體天然含水量和孔隙比均相對較高，但固結(jié)性很差，工程地質(zhì)條件不利。15m深以內(nèi)的上部地層，主要為亞黏土和亞砂土，呈灰黃色與黃色，大部分處于軟塑狀態(tài)，局部處于流塑狀態(tài)；下部地層土體與上部相同，但大部分處于硬塑狀態(tài)；在40～50m的深度范圍內(nèi)，土體以黏土為主，呈黃褐色，處于硬塑狀態(tài)。在路基加寬過程中，應(yīng)先將坡面上的種植土清理干凈，要求深度達到30cm。在開挖臺階的過程中，應(yīng)按照從上到下的順序開挖原坡面上存在的植被土與松散土，確保整個坡面保持平整與密實，通過適當(dāng)放緩橫坡起到減小下滑力的作用，提高拓寬后路基整體穩(wěn)定性，為后續(xù)新路基的壓實創(chuàng)造良好條件，避免在新舊路基之間的結(jié)合處由于新路基填土未能有效壓實導(dǎo)致結(jié)合部位強度較低?，F(xiàn)在很多拓寬工程提出需在交界面設(shè)置高寬度不下于1∶2的臺階[3]。如果施工過程中完全從坡底開始按照這一要求進行，則臺階面要進入舊路路面中心位置，在這種情況下進行的臺階開挖，會將絕大部分舊路面挖除，甚至挖除整個舊路面，使擴建工程的實際工程量大幅增加。基于此，在確保拓寬后路基整體穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，還要充分考慮經(jīng)濟性。臺階的高度和寬度之比建議按照以下要求控制：當(dāng)原路基邊坡為1∶1.00時，開挖臺階邊坡應(yīng)控制在1∶1～1∶1.25范圍內(nèi)；當(dāng)原路基邊坡為1∶1.25時，開挖臺階邊坡應(yīng)控制在1∶1.25～1.50范圍內(nèi)；當(dāng)原路基邊坡為1∶1.50時，開挖臺階邊坡應(yīng)控制在1∶1.50～1∶1.75范圍內(nèi)。當(dāng)臺階開挖高度保持在0.6～1.0m的范圍內(nèi)時，若采用細粒土作為路基填料，則臺階開挖高要取下限，而采用巨粒土填料與土石混填方法施工時，臺階開挖高度要取上限，填石路基的開挖高度應(yīng)控制在1.2～1.5m范圍內(nèi)[4]。

2.2 填料與壓實度控制

在路基拓寬施工中，新路基填料與其壓實度不僅對路基自身壓縮變形有直接影響，還決定了新舊路基之間的模量之比，給新舊路基之間的結(jié)合處的路面力學(xué)響應(yīng)造成直接影響。路基剛度突變可能給路面結(jié)構(gòu)造成的影響方面，不論路基變形還是基層底部產(chǎn)生一定彎拉應(yīng)力，當(dāng)新舊路基的模量之比在1.0以內(nèi)時，均隨新舊路基之間的模量之比不斷增加而減小，而如果新舊路基之間的模量之比超過1.0，則路基變形或基層底部產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力因路基之間的模量之比增加發(fā)生的減小速率顯著降低?；诖?，為對路面受力狀態(tài)予以有效改善，在設(shè)計與施工中應(yīng)盡可能提高新舊路基之間的模量之比，但需要注意的是，如果過度提高這一模量之比，會使處治方面的成本升高，同時，對路面的受力性能改善作用并不顯著?；诖?，在實際施工中建議按照以下標(biāo)準(zhǔn)對路基填料與壓實度進行嚴(yán)格的控制：新舊路基之間的模量之比應(yīng)控制在1.2～2.0范圍內(nèi)；在新路基壓實過程中，填土路基的壓實度應(yīng)達到95%以上，而土石混填及填石路基的壓實度需達到93%以上[5]。

2.3 路基加筋

加筋路基是指使用變形較小且抗老化強度高的土工材料修筑而成的路基。借助土工合成材料對路基進行加筋處理可提高路基整體穩(wěn)定性。如果待加筋處理的路基地基承載力不足，則需在加筋前進行必要的技術(shù)處理，以免路基失穩(wěn)?？稍诼坊咏钪惺褂玫耐凉ず铣刹牧项愋陀泻芏?，如土工網(wǎng)、土工格柵與土工織物等，但單純進行加筋時，一般使用土工格柵。施工中使用的土工合成材料，必須有較高的抗拉強度、握持強度、撕裂強度與頂破強度。路基加筋施工基本原則為最大限度發(fā)揮施工所用土工合成材料具有的加筋作用與效果。相鄰合成材料之間的連接應(yīng)達到牢固，沿受力方向上的連接強度要達到材料自身設(shè)計抗拉強度以上，且疊合長度要達到150mm以上。鋪設(shè)材料前將土層整平，并清除所有硬物，以免將材料刺破。將合成材料鋪設(shè)完成后，需在48h之內(nèi)進行填料填筑，不可裸露太長時間，防止因受到陽光暴曬而變質(zhì)。將第一層填料攤鋪完成后，需借助輕型壓路機進行碾壓，若填筑層的層厚達到600mm以上，則可使用重型壓路機進行碾壓[6]。

路基加筋作用主要體現(xiàn)在下列三個方面：

（1）保證拓寬后路基穩(wěn)定性。實踐表明，對處于軟基范圍內(nèi)的拓寬路基采用土工合成材料進行加筋處理后，路基自身穩(wěn)定性可得到大幅提高。

（2）使路基拓寬后抵抗變形產(chǎn)生的能力得以增強。通過室內(nèi)模擬試驗可知，新路基加筋前沉降前、后的回彈模量分別為43.8MPa和20.9MPa，兩者之比為0.49；新舊路基之間的結(jié)合處在加筋前的沉降前、后回彈模量分別為33.7MPa和18.9MPa，兩者之比為0.56；新路基加筋后沉降前、后的回彈模量分別為39.2MPa和24.4MPa，兩者之比為0.62；新舊路基之間的結(jié)合處在加筋后的沉降前、后回彈模量分別為45.8MPa和24.4MPa，兩者之比為0.53。當(dāng)鋪設(shè)兩層玻纖格柵進行加筋處理時，可減小新舊路基之間結(jié)合部位與新路基表面實際回彈模量。

（3）減小拓寬后路基在自重持續(xù)作用下地基產(chǎn)生的沉降。借助有限元方法分析路基加筋處理效果，經(jīng)分析可得，通過加筋處理能起到減小地基沉降的作用，同時，與路基左側(cè)邊緣之間的距離越遠，加筋減少地基沉降的作用越顯著，進而避免拓寬完成后的路面由于不協(xié)調(diào)變形現(xiàn)象產(chǎn)生裂縫[7]。

2.4 輕質(zhì)路基施工

軟基因路基拓寬荷載出現(xiàn)的沉降是整個協(xié)調(diào)變形的主要部分，對此，采用輕質(zhì)材料進行路基修筑，可起到減少地基沉降的作用，但要注意輕質(zhì)填料的強度滿足設(shè)計要求。實踐表明，通過采用輕質(zhì)路基的方法，可以在減小地基固結(jié)變形的同時，有效控制路基自身壓縮變形。輕質(zhì)路基施工一般按照以下順序進行：施工準(zhǔn)備→基礎(chǔ)碾壓→護板施工→防滲土工膜施工→級配碎石調(diào)平層施工→泡沫混凝土施工→素混凝土施工→防撞墻施工→瀝青施工，其中，護板施工需按以下順序進行：切槽→鋼筋安裝→模板安裝。泡沫混凝土施工所用發(fā)泡劑應(yīng)達到以下要求：稀釋倍率在40～60范圍內(nèi)，發(fā)泡倍率在800～1 200范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)泡沫密度在30～50kg/m3范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)泡沫泌水率不得超過20%[8]。

2.5 綜合處治

2.5.1 路面加筋

在拓寬路面結(jié)構(gòu)中，因受到不協(xié)調(diào)變形持續(xù)作用，會使路面先從基層的底部開始裂縫。基于此，需在基層底部加鋪一道加筋材料，用于提高基層結(jié)構(gòu)抵抗變形發(fā)生的能力。實踐表明，采用玻纖格柵后，可以使基層底部的彎拉應(yīng)力從0.307MPa降至0.239MPa，改善效果十分明顯。

2.5.2 在新舊路基之間的結(jié)合處增設(shè)分隔帶

新舊路基之間的結(jié)合處因應(yīng)力集中現(xiàn)象可能產(chǎn)生縱向裂縫或錯臺，導(dǎo)致地表積水大量滲入，使病害產(chǎn)生并加劇。對此，需在路線設(shè)計條件允許時，在新舊路基之間的結(jié)合處增設(shè)一條分隔帶，以容許因不協(xié)調(diào)變形作用產(chǎn)生的縱裂及少數(shù)錯臺，如此，不僅不會影響道路正常通車，還能起到降低工程造價與難度的作用。但采用該方法時，應(yīng)加強分隔帶防水與排水，如果防排水效果較差，將導(dǎo)致地表上的積水不斷下滲，一部分沿橫向發(fā)生遷移，進入新舊路基當(dāng)中，使路基整體回彈模量大幅降低，另一部分在新舊路基之間的結(jié)合處下滲，使結(jié)合處抗剪強度明顯降低，導(dǎo)致滑移量增大，最終引起失穩(wěn)。

2.5.3 過渡性路面

在拓寬完成的路基表面鋪設(shè)過渡性路面后，可容許拓寬后的路基產(chǎn)生一定程度的不協(xié)調(diào)變形，進而防止在新舊路基之間的結(jié)合處附近出現(xiàn)損壞。在新舊路基的所有部分均完成變形并保持穩(wěn)定后，對最終路面結(jié)構(gòu)進行攤鋪。這項措施的應(yīng)用還能減少不協(xié)調(diào)變形，控制成本，加之良好的后期維護，確保拓寬后的道路保持正常通行。此外，該方法對操作技術(shù)要求不高，施工方式簡單，經(jīng)濟合理。

2.5.4 進一步完善排水系統(tǒng)

地表積水一旦大量下滲，將產(chǎn)生滲水、滯水與積水等一系列問題，使新舊路基抵抗變形發(fā)生的能力和新舊路基之間的結(jié)合強度均大幅降低。針對這種情況，需在前期設(shè)計工作中合理布置各類防排水系統(tǒng)。在實際施工中要注意以下幾點：

（1）最大限度阻斷擴建部位的地表積水與地下水滲入路基范圍內(nèi)；

（2）對于路基中的水，可采用橫縱向分布的盲溝集中匯集至兩側(cè)集水溝，同時盡快排至路基的下方；

（3）在新舊路基之間的結(jié)合部位增設(shè)隔水土工布，以避免路基路面產(chǎn)生裂縫后導(dǎo)致雨水直接下滲，使路基和路面的實際破壞速度加快。

3 結(jié)論

本文通過對某高速公路拓寬路段的綜合分析，并結(jié)合路段實際通行情況，提出了不同條件下的路基拓寬方式及病害處治措施，得出下列各條結(jié)論，供高速公路擴建工程參考借鑒：

（1）新舊路基之間不協(xié)調(diào)變形現(xiàn)象是導(dǎo)致擴建路段路基拓寬施工出現(xiàn)病害問題的主要原因，基于此，在實際的處治過程中要嚴(yán)格遵循使變形達到協(xié)調(diào)的原則與思想，即所有處治措施的制定都應(yīng)以使變形達到協(xié)調(diào)為根本目標(biāo)。

（2）新舊路基之間的不協(xié)調(diào)變形現(xiàn)象，主要包含三部分，施工中，不同部分占據(jù)的比例有所不同，對此，在實際工作中要從不同方面入手進行綜合考慮，包括路基、路面、排水和支擋，以工程具體特點為依據(jù)，結(jié)合不同措施的適用情況確定適宜的處治方法。

（3）通過對該高速公路拓寬路段所用各項處治方法的機理及處治效果的分析，提出設(shè)計與施工過程中的具體控制標(biāo)準(zhǔn)，為高速公路擴建工程的路基拓寬施工提供可靠參考借鑒，保證路基拓寬質(zhì)量。