改擴(kuò)建公路路基路面常見問題及對策分析

摘要 為了保證改擴(kuò)建公路建設(shè)質(zhì)量，該文從路基失穩(wěn)、不均勻沉降過大、路面損傷、排水不暢等方面分析了改擴(kuò)建路基路面的常見問題。并以某高速公路“四改六”項(xiàng)目為研究對象，提出了開挖臺階、鋪土工格柵、控制填料壓實(shí)度、地基沖擊碾壓、軟土地基處理、路面拼接和排水等措施來解決上述問題，研究成果可為類似改擴(kuò)建公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 改擴(kuò)建公路；路基失穩(wěn)；排水；路面拼接；不均勻沉降

中圖分類號 U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0079-03

0 引言

近年來，諸多公路沿線的交通量快速增加，使得擁堵現(xiàn)象頻發(fā)，路面出現(xiàn)了大面積損壞，公路的服務(wù)水平進(jìn)一步下降。為了解決這一問題，需對公路進(jìn)行改擴(kuò)建處理。相對于新建公路而言，改擴(kuò)建公路的建設(shè)難度更大，容易出現(xiàn)路基失穩(wěn)、不均勻沉降過大、路面損傷、排水不暢問題，如果不采取相應(yīng)的解決措施，會嚴(yán)重影響行車安全。因此，進(jìn)一步研究改擴(kuò)建公路路基路面常見問題及對策具有重要意義。

1 改擴(kuò)建公路路基路面常見問題

（1）拼寬路基失穩(wěn)

在公路改擴(kuò)建前，需開挖舊路基，并在其單側(cè)或雙側(cè)填筑新路基，如果新舊路基結(jié)合面銜接不當(dāng)，比如開挖臺階形式和尺寸不合理、未鋪土工格柵，則會導(dǎo)致拼寬路基沿結(jié)合面滑移，甚至整體坍塌。這一問題大多出現(xiàn)在公路的陡坡路段、軟弱地基路段、高填方路堤等。當(dāng)拼寬路基滑移量較小時，結(jié)合面會出現(xiàn)錯臺，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)合面處的路面開裂。雨水沿著路面裂縫滲入路基內(nèi)，降低結(jié)合面強(qiáng)度，進(jìn)一步降低路基穩(wěn)定性；當(dāng)拼寬路基滑移量較大時，可能導(dǎo)致路基整體坍塌失穩(wěn)，路面整體破壞。

（2）新舊路基不均勻沉降大

為了便于分析新舊路基不均勻沉降問題，將改擴(kuò)建公路劃分為舊路堤、舊地基、新路堤、新地基，如圖1所示[1]：

公路經(jīng)過長期運(yùn)營，舊路堤和舊地基已經(jīng)基本固結(jié)完成，土體內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到平衡。而拼寬新路堤后，其會在自身填土重力作用下產(chǎn)生壓縮變形，并在新地基和舊地基內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力。此時，新舊路基的不均勻沉降來源于兩方面：一方面，新路堤和舊路堤因填土壓縮性不同引起沉降差；另一方面，舊地基中的附加應(yīng)力小、壓縮性小，新地基中的附加應(yīng)力大、壓縮性大，這也會導(dǎo)致新舊地基之間存在沉降差。尤其是在軟土路段，如果填料性能差、壓實(shí)不足、地基處理措施不當(dāng)，新舊地基間的沉降差更明顯。

（3）路面損壞

如果路面拼接時搭接長度不足、未鋪玻纖格柵、接縫處壓實(shí)不足等，都容易導(dǎo)致路面在運(yùn)營期間出現(xiàn)損壞，比較典型的損壞形式有縱向裂縫。雨水徑流會沿著縱向裂縫滲入路基，可能侵蝕、掏空路基，降低路基穩(wěn)定性，影響行車安全。

（4）排水不暢

水對改擴(kuò)建公路的損害十分嚴(yán)重，大部分路基路面病害都直接或間接與水相關(guān)。改擴(kuò)建公路設(shè)計(jì)時，需排水的水分有路面下滲水、中央分隔帶下滲水、毛細(xì)水等。然而，很多早期建設(shè)的公路排水系統(tǒng)并不完善，在對其改擴(kuò)建時不僅要維護(hù)已有排水設(shè)施的性能，還要補(bǔ)充排水設(shè)施，形成完整的排水系統(tǒng)，將水快速排至公路用地界以外。

2 工程概況

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)

該文研究對象為某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目，既有高速路線全長36.5 km，起訖樁號為K0+000～K36+500，設(shè)計(jì)速度為120 km/h，路基為雙向四車道，寬25.5 m，路面為瀝青混凝土路面，屬重交通等級，設(shè)計(jì)使用年限為15年。近年來，高速公路沿線的重載車輛和超載車輛也越來越多，使得擁堵現(xiàn)象頻發(fā)，路面出現(xiàn)了大面積損壞，公路的服務(wù)水平進(jìn)一步下降。為了解決上述問題，擬對該高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建，拼寬方式采用雙側(cè)拼寬，即在左右兩側(cè)各拼寬1個車道，實(shí)現(xiàn)“四改六”。

（2）地質(zhì)條件

經(jīng)勘察，公路沿線的地基土以粉土、粉質(zhì)黏土等為主，

局部存在軟土（淤泥土、淤泥質(zhì)土），軟土厚度在3.5～5.0 m。軟土呈流塑狀態(tài)，具有含水率高、承載力小、壓縮性大等特點(diǎn)，需對軟土地基處理，以防止其在填土自重作用下產(chǎn)生較大的沉降。

（3）氣象條件

公路所在區(qū)域?qū)賮啛釒ШＱ蠹撅L(fēng)氣候，年降雨量大，可達(dá)1 800～2 000 mm，且大部分集中在5～9月的雨季，對改擴(kuò)建公路穩(wěn)定性影響大。同時，沿線地下水位偏高，主要受降雨補(bǔ)給。在勘察期間，地下水埋深約2.0～3.0 m。

3 解決改擴(kuò)建公路路基路面問題的對策

3.1 拼寬路基失穩(wěn)對策

（1）開挖臺階

由于舊路邊坡長期暴露于大氣中，會受到降雨沖刷、干濕循環(huán)等作用而風(fēng)化，形成薄弱界面，容易導(dǎo)致新舊路基結(jié)合不良。在開挖臺階前，要先將舊路邊坡坡面挖除至少30 cm[2]。

改擴(kuò)建公路的臺階一般是從坡底按設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行開挖。如果臺階坡度、高度等選擇不合理，臺階面可能深入到舊路中心，使大部分舊路被挖除，大幅增加了土石方工程量和工程造價。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），臺階可采用內(nèi)傾式，臺階坡度可結(jié)合舊路邊坡坡度確定，臺階高度可填料類型確定，具體見表1：

（2）鋪土工格柵

土工格柵具有良好的延展性和抗拉性能，是增強(qiáng)新舊路基整體性最常用的土工材料，具體加固原理如下：土工格柵與路基填料因摩擦產(chǎn)生咬合力，對路基變形起到約束作用，以提高路基穩(wěn)定性。土工格柵應(yīng)水平鋪在新舊路基結(jié)合處兩側(cè)，一端伸入舊路的整個臺階，另一端應(yīng)伸出車道線外緣，且盡量在每一臺階都鋪一層土工格柵，如圖2所示。如投資金額受限，新舊路基結(jié)合處應(yīng)鋪不少于3層土工格柵[3]。

為了避免土工格柵蠕變影響加固效果，其延伸率不應(yīng)大于10%。在路基軸線方向，應(yīng)對土工格柵搭接，搭接寬度取0.3～0.5 m，并在土工格柵周邊用U形鋼釘固定。此外，為了防止拼寬路基填料刺破，應(yīng)將距離土工格柵層8 cm以內(nèi)的路基填料最大粒徑控制在6 cm以內(nèi)。如施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)土工格柵局部破損，應(yīng)及時修補(bǔ)或重鋪。

3.2 新舊路基不均勻沉降對策

（1）控制填料壓實(shí)度

為了保證拼寬路基的壓實(shí)質(zhì)量滿足表2，應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行控制[4]：

1）控制填料含水率。路基填料含水率應(yīng)控制在最佳含水率±2.0%，如在夏季高溫天氣施工或填料運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，可適當(dāng)灑水處理。

2）分層壓實(shí)。一般情況下，分層壓實(shí)厚度越小，壓實(shí)效果越好，但施工效率低下。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，該文建議路床和路堤每層攤鋪厚度分別不大于30 cm、50 cm。

3）超寬填筑。拼寬路基兩側(cè)應(yīng)超寬填筑30 cm，以保證全斷面壓實(shí)度均勻。壓實(shí)結(jié)束后，可對超填部分削坡處理，嚴(yán)禁“貼坡”。

4）合理安排碾壓順序。在直線路基段，應(yīng)從兩側(cè)向中心碾壓，以便形成路拱。在超高路基段，應(yīng)從低側(cè)邊緣向高側(cè)碾壓。

（2）地基沖擊碾壓

在地基土性能較好的路段，可采用沖擊碾壓法來控制新舊地基的沉降差。該項(xiàng)目擬采用YCT25沖擊壓路機(jī)，外形尺寸為3 915 mm×2 960 mm×2 100 mm，壓實(shí)效率為1 800 m3/h，沖擊能量為25 kJ。沖擊碾壓遍數(shù)是影響地基壓實(shí)質(zhì)量的重要參數(shù)，故該文修建試驗(yàn)段，檢測了地基土在不同沖擊碾壓遍數(shù)下的壓實(shí)度（如圖3所示），為確定最佳壓實(shí)遍數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐[5]。

由圖3可知：沖擊碾壓遍數(shù)越多，地基土的壓實(shí)度越大，且壓實(shí)度變化速率先快后慢。當(dāng)沖擊碾壓遍數(shù)小于20遍時，壓實(shí)度快速增加；當(dāng)沖擊碾壓遍數(shù)超過20遍時，壓實(shí)度變化不明顯，穩(wěn)定在93.5%左右。綜合考慮碾壓效果和經(jīng)濟(jì)性，建議該改擴(kuò)建公路沖擊碾壓遍數(shù)控制在30遍左右即可。

（3）軟土地基處理

在軟土路段，地基承載力低、壓縮性大，需進(jìn)行處理。該改擴(kuò)建公路沿線的軟土厚度在3.5～5.0 m，采用換填法經(jīng)濟(jì)性差。同時，項(xiàng)目周邊村莊較密集，建設(shè)工期緊張，也不宜采用強(qiáng)夯法或“預(yù)壓+排水固結(jié)法”。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對軟土路段地基采用復(fù)合地基處理，并初步制定了三種方案：方案1為水泥攪拌樁復(fù)合地基，樁徑為0.5 m、樁長10 m、樁間距為1.2 m、布置形式為三角形；方案2為CFG樁復(fù)合地基，樁徑為0.5 m、樁長10 m、樁間距為1.5 m、布置形式為三角形；方案3為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁復(fù)合地基，樁徑為0.5 m、樁長10 m、樁間距為2.2 m、布置形式為三角形。

隨后，利用有限元軟件計(jì)算了拼寬路基的不均勻沉降，計(jì)算結(jié)果見表3：

地基處理方案 最小沉降/cm 最大沉降/cm 不均勻沉降/cm 說明

方案1 0.15 5.2 5.05 最小沉降在舊路中心，最大沉降在新填筑路基的中心，不均勻沉降為最大沉降—最小沉降

方案2 0.12 4.8 4.68

方案3 0.10 3.8 3.70

從不均勻沉降控制效果來看，建議優(yōu)先采用方案3。

3.3 路面損壞和排水不暢對策

（1）路面損壞對策

在銑刨舊路面、拆除硬路肩和土路肩后，需清除路表松散、破碎的雜物。隨后，開臺階鋪新的瀝青面層和基層，橫向臺階寬度控制在20 cm即可，如圖4所示。為了防止路面出現(xiàn)反射裂縫，可在面層與基層交界面鋪一層玻纖格柵或聚酯玻纖布[6]。

圖4 改擴(kuò)建公路路面拼接示意

（2）排水不暢對策

如果新舊路基結(jié)合處排水不暢，可在既有道路邊緣設(shè)置縱向碎石盲溝，以匯集雨水徑流。同時，每隔200 m設(shè)置集水井、橫向排水管，將碎石盲溝中匯集的雨水排出路基外。對于新鋪筑的瀝青路面，可在路面結(jié)構(gòu)層下設(shè)置碎石排水墊層，防止毛細(xì)水上升，影響路面性能。

4 結(jié)束語

該文主要研究了改擴(kuò)建公路路基路面的常見問題，并以某高速公路為研究對象，提出了相應(yīng)的解決對策，得到以下結(jié)論：

（1）改擴(kuò)建公路的建設(shè)難度大，容易出現(xiàn)路基失穩(wěn)、不均勻沉降過大、路面損壞及排水不暢等問題。

（2）新舊路基結(jié)合處宜開挖內(nèi)傾式臺階，臺階高度取0.6～1.0 m，臺階坡度取1∶1～1∶1.75.如條件允許，可在每層臺階上鋪土工格柵。

（3）為了控制新舊路基的不均勻沉降，需嚴(yán)格控制填料壓實(shí)度、對基底進(jìn)行沖擊碾壓。對于軟土路段，可采用復(fù)合地基加固。

（4）瀝青路面應(yīng)開臺階拼接，并設(shè)置縱向碎石盲溝、碎石墊層等提高路面排水能力。

參考文獻(xiàn)

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