高速公路軟土路基加寬施工技術(shù)

趙鵬

（石家莊市交投津石高速公路建設(shè)管理有限公司深正分公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

高速公路軟基路段加寬時(shí)，需根據(jù)工程具體情況確定適宜的軟基處理方式，并對(duì)新舊路基之間的銜接段進(jìn)行有效處治。我國(guó)部分高速公路采用雙向四車道形式，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，已無(wú)法滿足日益增大的交通需求，為提高交通通行能力，需對(duì)路面進(jìn)行拓寬改造。舊路加寬是在既有公路一側(cè)或兩側(cè)通過(guò)加寬形成新車道，改造時(shí)要充分考慮到高架及中分帶等。

1 高速公路加寬工程中常用軟基處理方法

1.1 不同處理方法的對(duì)比和選擇

通常，道路拓寬工程大多工期緊、場(chǎng)地狹窄，且要維持既有公路交通，為此要做好多方案綜合比選，以工程地質(zhì)勘查資料為依據(jù)，結(jié)合舊路軟基處理綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，確定合理有效且經(jīng)濟(jì)可行的軟基處理方式，保證公路安全、可靠地運(yùn)營(yíng)，將加寬后新舊路面之間的差異沉降降至最低。

施工中，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定具體的軟基處治方法，如廣佛高速公路加寬前先采用袋裝砂井與砂墊層相結(jié)合的方法、加寬時(shí)采用粉噴樁與砂墊層相結(jié)合的方法處理軟基；滬杭甬高速公路加寬前先采用塑料排水板與堆載預(yù)壓相結(jié)合和粉煤灰路堤的方法處理軟基，加寬時(shí)采用預(yù)壓、塑料排水板和等載預(yù)壓相結(jié)合，以及粉噴樁、路堤樁和土工格柵相結(jié)合的方法處理軟基；沈大高速公路加寬前采用塑料排水板和預(yù)壓固結(jié)的方法處理軟基，加寬時(shí)軟基處理方法不變；海南環(huán)島東線加寬前采用拋填片石方法處理軟基，加寬時(shí)采用粉噴樁技術(shù)處理軟基；杭寧高速二期加寬前與加寬時(shí)主要采用超載預(yù)壓、塑料排水板與復(fù)合土工布相結(jié)合、粉噴樁與土工格柵相結(jié)合，以及輕質(zhì)粉煤灰路堤的方法處理軟基[1]。

1.2 適用于加寬的軟基處理方式

公路加寬軟基處理過(guò)程中，要綜合考慮路段范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和路基填高來(lái)選擇適宜的軟基處理方式。當(dāng)沒(méi)有特殊要求時(shí)，優(yōu)先考慮復(fù)合地基法，通過(guò)選擇適宜的樁長(zhǎng)和樁距對(duì)各路段沉降差予以處理。一般道路加寬工程中軟基處理方法包括以下幾種：當(dāng)軟基段為范圍不大的淺表淤泥時(shí)，如河溝或水塘，建議采用壓實(shí)、清淤換填和地表夯擊等方法處理；當(dāng)軟基段的地表硬殼層厚度較大時(shí)，建議采用預(yù)壓法處理；當(dāng)軟基段軟土厚度較小，但填土后沉降可能超標(biāo)時(shí)，建議采用復(fù)合地基法、強(qiáng)夯置換與換填的方法處理；當(dāng)軟基段硬殼層厚度較小且軟土厚度較大時(shí)，建議采用復(fù)合地基法、塑料排水板與預(yù)壓相結(jié)合的方法處理；當(dāng)軟基段軟土深度與厚度均較大，且路堤填高較大時(shí)，建議采用復(fù)合地基法處理，如大直徑管樁、CFG樁與粉噴樁等；對(duì)于軟基拼接段，建議采用分隔墻、超載預(yù)壓和粉噴樁的方法處理[2]。

1.3 軟基處理設(shè)計(jì)和施工

高速公路加寬工程軟基處理對(duì)路基穩(wěn)定性及施工完成后的路基沉降有更高要求，而且場(chǎng)地有限、工期緊張，所以在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中要采取有效措施以滿足加寬工程需要。

（1）由于路基填土通常處在舊路基邊坡，所以要對(duì)舊路基邊坡予以適當(dāng)削坡，且削坡不能給施工中路基穩(wěn)定性造成影響。

（2）在高速公路加寬過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先考慮快速加固措施，以縮短工期，減少施工過(guò)程中交通維持費(fèi)用。

（3）當(dāng)采用復(fù)合地基法進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)按照內(nèi)密外疏的原則進(jìn)行布樁，在保證處理效果的同時(shí)減少工程量[3]。

（4）施工過(guò)程中要充分考慮排水方面的問(wèn)題，以減小水對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成的影響。

（5）試驗(yàn)段施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)沉降觀測(cè)，并根據(jù)觀測(cè)結(jié)果嚴(yán)格控制填筑速率。

2 新舊路基銜接段處治方法

在加寬工程設(shè)計(jì)階段，需重視新舊路基銜接問(wèn)題，避免新舊路堤產(chǎn)生不均勻沉降。借助合理可行的技術(shù)措施使新舊路堤之間良好銜接，形成一個(gè)有機(jī)整體，減少或從根本上避免裂縫或錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象的產(chǎn)生[4]。

2.1 使用土工合成材料

加寬工程中，土工合成材料以土工格柵為主，而土工格柵的加固機(jī)理為格柵和土體之間發(fā)生相互作用。大量實(shí)踐表明，在加寬處的新舊路堤銜接處鋪設(shè)土工格柵可起到防止差異沉降的作用，其原因?yàn)椋?/p>

（1）格柵和土體之間的接觸面有很大摩擦力，能減小加寬部位土體垂直方向受力，提高土體自身承載力，從而減小沉降，尤其是不均勻沉降的發(fā)生。

（2）格柵的作用是能鎖定土體，最大限度地發(fā)揮土體自身抗剪強(qiáng)度，使土體側(cè)向變形得以約束[5]。

（3）因沿水平方向鋪設(shè)的格柵有一定彈性，所以受反復(fù)荷載作用后，能避免變形積累。

（4）格柵有很大的張力與延展性，可以和路基良好銜接，形成整體。

一般將原路基邊坡開(kāi)挖成向內(nèi)傾斜的臺(tái)階后，在道路的縱向設(shè)置格柵，此時(shí)應(yīng)確保格柵1/2處在原路基，而另1/2處在新路基。對(duì)于軟基段路堤，在確定具體處理方法后，按照一般路基段所用拼接方法進(jìn)行施工，但為了控制差異沉降，要優(yōu)先考慮輕質(zhì)填料，并適當(dāng)增加格柵用量，此外，在必要的情況下還可通過(guò)加筋來(lái)提高連接強(qiáng)度。

按照格柵具體鋪設(shè)位置，可將處治措施分成下列3種：

（1）根據(jù)路基填高按照適當(dāng)?shù)钠露葘?duì)舊路基邊坡進(jìn)行開(kāi)挖，然后在路基的下部設(shè)置格柵與土工布，并在中間填筑風(fēng)化土與砂。其中，土工布的設(shè)置能使應(yīng)力保持均勻，格柵可起到與鋼絲網(wǎng)相當(dāng)?shù)淖饔?。之后采用臺(tái)階法開(kāi)挖邊坡，最后對(duì)新路基實(shí)施填土與碾壓[6]。

（2）加寬完成后路堤邊坡坡度比原邊坡增加一個(gè)等級(jí)，若填高較大，則在中間處增設(shè)平臺(tái)。將原邊坡開(kāi)挖成向內(nèi)傾斜的臺(tái)階，直到和原地面達(dá)到平齊，然后在基底處增設(shè)一道格柵，之后開(kāi)挖的所有臺(tái)階都在頂部鋪設(shè)格柵。

（3）采用臺(tái)階法對(duì)舊路堤邊坡進(jìn)行開(kāi)挖，高度按80cm嚴(yán)格控制，然后在路基頂部增鋪格柵。

2.2 地基處理

對(duì)于處在軟基段的新舊路基銜接處，需根據(jù)所用拼接措施對(duì)銜接處下部軟基予以重點(diǎn)處理，可采用的方法包括以下幾種：①超載預(yù)壓；②粉噴樁（進(jìn)行適當(dāng)加密與加長(zhǎng)）；③旋噴樁；④路堤樁，即混凝土管樁；⑤定噴樁。按照不同間隔距離與設(shè)置深度進(jìn)行分級(jí)處理，在路基橫向產(chǎn)生漸變段，可有效處理沉降差方面的問(wèn)題。

以粉噴樁為例，其施工工藝為：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在施工現(xiàn)場(chǎng)借助鋼尺準(zhǔn)確測(cè)定并放出樁位，在土層上插入竹簽進(jìn)行標(biāo)記，將機(jī)具移動(dòng)到樁位后，確保鉆頭和竹簽完全對(duì)正，復(fù)核機(jī)架垂直度，確保鉆桿傾斜度不超過(guò)1%。

（2）開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)開(kāi)始送氣，使鉆機(jī)在正轉(zhuǎn)的同時(shí)向下垂直鉆進(jìn)。在攪拌頭到達(dá)設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高后停鉆，使鉆頭在原地繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，不可突然停鉆。鉆機(jī)沿相反的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)啟送灰機(jī)進(jìn)行送灰。在水泥到達(dá)噴灰口后向上提升鉆頭，以實(shí)際噴灰量為依據(jù)對(duì)調(diào)速電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便在噴粉與攪拌的同時(shí)向上提升，確保軟土與固化材料之間充分混合。

（3）將鉆頭提升到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高以上0.5m后停止送灰，使鉆頭正向旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始復(fù)攪復(fù)噴，其深度嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行控制。在鉆頭提升至與地面相距30～50cm的位置后，停止噴粉，成樁完成。此時(shí)因裝置回路完全封閉，粉體不會(huì)飛散。在噴射最后階段，需在鉆頭與地面相距30cm的位置停止噴粉，避免溢到地面。

（4）復(fù)攪完成后，將空氣壓縮機(jī)關(guān)閉，使管道壓力逐步消散。

（5）將鉆機(jī)移至下一個(gè)樁位，采用相同的方法進(jìn)行施工。

2.3 施工措施

2.3.1 邊坡削坡

因削坡坡度相對(duì)較大，為保證安全，舊路基邊坡開(kāi)挖需分兩次實(shí)施，其中第一次開(kāi)挖坡度可大于第二次，在開(kāi)挖的同時(shí)要做好防護(hù)。每次開(kāi)挖結(jié)束后，都要進(jìn)行平整碾壓，并采用復(fù)合地基法及時(shí)處理。

2.3.2 臺(tái)階開(kāi)挖

按照設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖向內(nèi)傾斜的臺(tái)階，并盡量增加臺(tái)階數(shù)，使新舊路基之間的銜接有更多接觸面，確保新舊路基之間良好接合。另外，對(duì)于填高相對(duì)較大的路段，應(yīng)逐步開(kāi)挖。

2.3.3 防水措施

將舊路基邊坡開(kāi)挖完成后，需截?cái)嗦访嫔系姆e水，尤其是超高段積水，以免積水與雨水對(duì)邊坡造成沖刷，必要時(shí)需在坡面上鋪設(shè)一道塑料布，避免雨水下滲。及時(shí)排出場(chǎng)地范圍內(nèi)的積水，并阻斷外來(lái)水。軟基施工中禁止在硬路肩上行車，以免給舊路基的安全造成不利影響。

2.3.4 格柵鋪設(shè)

格柵鋪設(shè)沿橫向進(jìn)行，并保證鋪設(shè)的連續(xù)性，防止斷裂、松弛、彎扭、褶皺。材料要集中堆放于陰涼處，避免受到雨淋或暴曬，否則會(huì)使格柵性能老化。在軟基處理段和沒(méi)有進(jìn)行處理的段落之間需設(shè)置專門(mén)的過(guò)渡銜接，同時(shí)確保搭接長(zhǎng)度滿足要求。另外，在路槽縱向還應(yīng)設(shè)置從施工縫上跨越的格柵，以進(jìn)一步增強(qiáng)新舊路基之間的橫向連接，防止裂縫的產(chǎn)生。

2.3.5 路基填筑

結(jié)合施工范圍內(nèi)料源情況選擇適宜的填料，所選填料各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)應(yīng)和舊路基所用填料相近，同時(shí)要嚴(yán)格控制新舊路基之間結(jié)合帶的碾壓，宜采用打夯機(jī)按照分層原則進(jìn)行碾壓。目前，國(guó)外針對(duì)軟基段加寬施工的特殊情況提出了一種新的施工方法，即間隙法。該方法分兩步進(jìn)行填筑，即先在與舊路相距一段距離的部位對(duì)部分新路堤進(jìn)行填筑，在新舊路堤間預(yù)留適當(dāng)間隙，然后對(duì)這一間隙進(jìn)行填筑。因第一階段填筑的土體在不斷發(fā)生固結(jié)時(shí)會(huì)提高間隙下部軟土自身強(qiáng)度及水平方向的應(yīng)力，所以能起到減小舊路基因第二階段填土產(chǎn)生的附加變形。采用該方法施工時(shí)產(chǎn)生的變形遠(yuǎn)小于整體填筑，值得在我國(guó)大范圍推廣應(yīng)用。

3 高速公路軟基段路基加寬問(wèn)題與對(duì)策

3.1 待解決的問(wèn)題

目前，軟基段實(shí)施公路加寬在我國(guó)還處于起步階段。因加寬荷載形式與理論計(jì)算及分析方法具有一定的復(fù)雜性，所以在工程設(shè)計(jì)與施工中存在一些問(wèn)題亟待解決：

（1）加寬部位新舊路基之間的差異沉降等，目前還不能給出明確的控制值，如果在工程中使用不同的控制值，將會(huì)對(duì)軟基處理效果及填筑施工造成很大影響；

（2）加寬路基和既有構(gòu)筑物之間連接部位地基處理和沉降控制；

（3）新舊路基因施工產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變變化，涉及模型選擇方面的問(wèn)題；

（4）滲流場(chǎng)可能對(duì)路基加寬后產(chǎn)生的變形與穩(wěn)定性造成影響；

（5）路基加寬施工可能給沿線環(huán)境造成影響；

（6）為確保加寬施工中既有道路正常、安全地運(yùn)營(yíng)，需做好施工組織安排。

3.2 對(duì)策建議

（1）施工開(kāi)始前，進(jìn)行充分的調(diào)查研究，包括閱讀和分析地質(zhì)勘查資料與設(shè)計(jì)方案、施工及運(yùn)營(yíng)資料等，同時(shí)按照要求進(jìn)行必要的補(bǔ)勘，以了解場(chǎng)地范圍內(nèi)的地質(zhì)變化，并據(jù)此評(píng)估原地基處理效果，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性予以驗(yàn)證，確定地基處理所用方法是否適宜，進(jìn)而有效保證施工的穩(wěn)定性及安全性。

（2）軟基段加寬施工應(yīng)優(yōu)先考慮快速固結(jié)法，在保證處理效果的同時(shí)，縮短工期，減少施工時(shí)交通維持費(fèi)用。在沒(méi)有特殊要求的情況下，可使用復(fù)合地基法。

（3）在綜合考慮施工可行性、便利性與經(jīng)濟(jì)性的條件下，新舊路基結(jié)合處可采用鋪設(shè)土工合成材料的方法來(lái)保證銜接效果，以減小新舊路基之間的沉降差。

（4）實(shí)際施工中應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)沉降觀測(cè)和穩(wěn)定性觀測(cè)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果對(duì)路基填筑速率進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（5）施工中應(yīng)高度重視排水方面的問(wèn)題，避免邊坡開(kāi)挖施工受到積水的影響，引起坍塌事故。

（6）通過(guò)模型試驗(yàn)、有限元法與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合，為軟基段加寬施工中各項(xiàng)力學(xué)特征及變形特性分析提供技術(shù)支持。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高速公路擴(kuò)建工程中軟基路基加寬工程，首先要確定適宜的軟基處理方法，然后做好新舊路基銜接段的處治，加強(qiáng)理論分析計(jì)算，不斷引入先進(jìn)的分析方法，為施工提供可靠依據(jù)。