高速公路改擴(kuò)建工程新舊路基銜接技術(shù)研究及應(yīng)用

馬玉禮

(濟(jì)寧市鴻翔公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250101)

0 前 言

現(xiàn)階段，高速公路改擴(kuò)建工程依然處于發(fā)展初期階段，不同于新建公路的是，改擴(kuò)建工程對(duì)技術(shù)水平提出更高要求，其工藝難度相對(duì)較大，以新舊路基銜接技術(shù)最為明顯[1]?；诖?，有必要探尋合適的技術(shù)方案，以給新舊路基銜接施工作業(yè)提供指導(dǎo)，確保道路的整體質(zhì)量。

1 項(xiàng)目概況

濟(jì)青高速是山東省高速公路網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，完善了“兩縱兩橫”的線(xiàn)路布局。該公路走線(xiàn)集中在山東省中部，并銜接周邊的河南與河北，是青銀高速的起點(diǎn)，有效對(duì)接半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、日常出行等方面都發(fā)揮出重要作用。

本項(xiàng)目是國(guó)高網(wǎng)青銀高速公路的組成部分，整體呈東西走向，是山東省最繁忙的交通通道之一。本項(xiàng)目自通車(chē)以來(lái)，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和高速公路網(wǎng)的進(jìn)一步完善，交通量增長(zhǎng)迅速。2013年青島至濰坊段平均汽車(chē)交通量為34 519Pcu/d，2002年以來(lái)交通量年平均增長(zhǎng)10%，但路網(wǎng)服務(wù)水平停滯不前，難以適應(yīng)大流量通行環(huán)境所提出的要求，交通擁堵問(wèn)題較為普遍?，F(xiàn)階段路網(wǎng)功能偏弱，與區(qū)域內(nèi)的交通運(yùn)輸任務(wù)不符，難以為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供充足支持。鑒于此問(wèn)題，針對(duì)既有道路實(shí)行改擴(kuò)建具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 高速公路改擴(kuò)建不均勻沉降的成因

2.1 路基拓寬不當(dāng)對(duì)不均勻沉降的影響

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析結(jié)果，新路基施工作業(yè)中伴隨拓寬長(zhǎng)度的增加，對(duì)應(yīng)的新舊路基沉降值也表現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，二者具有正相關(guān)關(guān)系，但其特殊之處在于相關(guān)曲線(xiàn)的斜率值具有降低的特點(diǎn)[2]。單側(cè)加寬作業(yè)時(shí)將會(huì)對(duì)原路基中線(xiàn)區(qū)域造成影響，該處的沉降明顯加大，但中線(xiàn)周邊的變化特點(diǎn)存在差異，沉降值相對(duì)偏小，表現(xiàn)出先增后減的特點(diǎn)。此時(shí)，若加寬路基施工中的路堤高度維持在某一水平不發(fā)生變化，當(dāng)拓寬寬度較小時(shí)，沉降集中在路肩的外圍，而伴隨加寬作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，沉降最大值的區(qū)域隨之變化，逐步向路基中心遷移。除此之外，新路基表面較為特殊，該處易產(chǎn)生反向橫坡。因此，若原路基拓寬的寬度較小，考慮到車(chē)輛荷載的作用，為盡可能避免路基結(jié)構(gòu)受損現(xiàn)象，較為適宜的是單側(cè)拓寬的方式；當(dāng)拓寬值相對(duì)較大時(shí)，其局限之處在于新舊路基銜接不良，受拓寬寬度的影響，將存在明顯的差異沉降，可行性欠佳。具體至本項(xiàng)目中，路基拓寬采取的是中心對(duì)稱(chēng)的方式，加寬量分別為7.5、15 m時(shí)，路基雙側(cè)沉降差值為4.38、8.16 cm。

2.2 加寬路基邊坡高度對(duì)沉降差異的影響

在施工項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)采取試驗(yàn)的方式，根據(jù)距離舊路基中心的距離值，分析其頂面不同位置的沉降情況，具體沉降值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1沉降值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分析表1可知，對(duì)應(yīng)的路基填筑高度越低，新舊路基結(jié)構(gòu)在頂部位置的沉降曲線(xiàn)的變化幅度越顯著，且新舊路基結(jié)構(gòu)的填土高度與新路基結(jié)構(gòu)對(duì)舊路基結(jié)構(gòu)的影響之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，由于既有路基結(jié)構(gòu)的沉降值降低，最終的路堤結(jié)構(gòu)頂部的沉降段的變化趨勢(shì)逐步趨向于緩和。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究可知，路基填筑高度與既有路基對(duì)新路基的沉降影響程度之間呈正相關(guān)關(guān)系，所以，相應(yīng)的拓寬路基結(jié)構(gòu)在脫離原有路基結(jié)構(gòu)邊坡后，拓寬部分的沉降差異值較低，由于新舊路基結(jié)構(gòu)沉降的不同步性，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)內(nèi)部局部出現(xiàn)應(yīng)力集中問(wèn)題，最終引起“波浪形”沉降病害。

3 新舊路基銜接技術(shù)方案

經(jīng)研究分析，高速公路改擴(kuò)建工程不均勻沉降主要出現(xiàn)在新舊路基銜接部位，并與路基拼接寬度、填土高度、路基壓實(shí)及拼接施工質(zhì)量等有著密切關(guān)系[3]。為減少不均勻沉降，獲得更好的工程效果，有必要采用更加合理、更加適合該項(xiàng)目的路基銜接技術(shù)方案。

3.1 地基處治

低填路基段要得到全面清理，即清表0.3 m，經(jīng)檢驗(yàn)后要求該處壓實(shí)度≥90%，換填材料優(yōu)先選擇砂礫土，其具備水穩(wěn)性強(qiáng)的特點(diǎn)，所用材料的最大粒徑<0.3 m，經(jīng)施工后要求壓實(shí)度≥96%；做好基底欠壓實(shí)填方路段清表作業(yè)，填筑材料優(yōu)先選擇碎石，要求該處壓實(shí)度≥96%。做好拓寬路基填筑的準(zhǔn)備工作，安排振動(dòng)壓路機(jī)處理該施工區(qū)域，以達(dá)到有效壓實(shí)的效果。換填料至地表后再轉(zhuǎn)為填筑素土的方式，形成0.2 m厚的結(jié)構(gòu)層，此時(shí)橫向壓實(shí)路基，根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整碾壓遍數(shù)，通常以20遍為宜。持續(xù)沖擊壓實(shí)作業(yè)，當(dāng)寬度達(dá)到護(hù)坡道外側(cè)時(shí)，調(diào)整好沖擊壓路機(jī)的位置，檢測(cè)輪邊與構(gòu)造物間距，其必須要超過(guò)1 m，否則不利于安全作業(yè)。施工中沖擊壓路機(jī)遵循慢速行進(jìn)的原則，宜穩(wěn)定在12～15 km/h。正式?jīng)_擊壓實(shí)前，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)選取具有代表性的路面經(jīng)過(guò)試壓后全面掌握施工情況，靈活調(diào)整工藝，確保舊路不出現(xiàn)受損等問(wèn)題[4]。

3.2 開(kāi)挖臺(tái)階

銜接區(qū)域易發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)確保其施工效果，該處的臺(tái)階開(kāi)挖作業(yè)尤為關(guān)鍵。在此之前應(yīng)處治地基，目的在于將該處的松土清理干凈，隨后沿舊路面有序開(kāi)挖，形成臺(tái)階后填實(shí)路基，盡可能提高新舊路基的結(jié)合效果，使其形成整體。

臺(tái)階施工環(huán)節(jié)要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的檢測(cè)，若舊路基含水量偏高，經(jīng)過(guò)刷坡處理后需及時(shí)晾曬?，F(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)工作要落實(shí)到位，在指定區(qū)域設(shè)置安全標(biāo)志[5]。

臺(tái)階的開(kāi)挖作業(yè)要遵循特定的流程，可從原路坡腳處開(kāi)始，在該處向內(nèi)開(kāi)挖1～2 m。嚴(yán)格控制好臺(tái)階規(guī)格，寬1～2 m、高0.8～1 m，具體為逐級(jí)開(kāi)挖的方式，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況計(jì)算得到準(zhǔn)確的臺(tái)階尺寸。經(jīng)過(guò)一級(jí)臺(tái)階的開(kāi)挖后即可對(duì)其進(jìn)行填筑，無(wú)誤后繼續(xù)開(kāi)挖下一層。按照上述方法循環(huán)施工，到達(dá)路床底面后根據(jù)路基填高要求靈活調(diào)整，確保最后一級(jí)臺(tái)階尺寸的合理性。通?？紤]臺(tái)階與路床底面間距，以此為依據(jù)采取合適的處理措施：若該值≤0.8 m，此條件下可作一個(gè)臺(tái)階開(kāi)挖；若該值≥1.3 m，此時(shí)采取的是分兩個(gè)臺(tái)階開(kāi)挖的方式，高度為1 m和0.3 m。臺(tái)階填筑工作量較大，且為了確保質(zhì)量選擇分層填筑的方式，每結(jié)束一層填筑后隨即碾壓，此處選擇振動(dòng)壓實(shí)法，經(jīng)處理后各層厚度以0.2 m為宜。新舊路基要形成完整的結(jié)構(gòu)，為達(dá)到此目標(biāo)，結(jié)束填筑后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)路基頂面的處理，即在原基礎(chǔ)上額外壓實(shí)幾遍；新路基填料的選擇也至關(guān)重要，應(yīng)盡可能與舊路基保持一致[6]。

3.3 鋪設(shè)土工格柵

針對(duì)新舊路基產(chǎn)生的沉降差，可通過(guò)設(shè)置鋼塑復(fù)合型土工格柵的方式處理，將其鋪設(shè)在路基頂面以下20 m處，寬度設(shè)為6 m，縱橫斷裂伸長(zhǎng)率3%。在實(shí)際安裝時(shí)應(yīng)遵循的設(shè)置原則如下。

1)填方高度未超過(guò)1.2 m的路段可將此部分視為低填路段，此處清坡深度要達(dá)到30～50 cm，經(jīng)施工后形成一級(jí)臺(tái)階，各處寬度保持一致且均為200 cm，考慮到路基沉降不均的問(wèn)題，結(jié)束清表作業(yè)后檢測(cè)標(biāo)高，若該值未滿(mǎn)足路床底標(biāo)高要求需再次進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，無(wú)誤后回填水泥土，最后設(shè)置土工格柵。

2)邊坡高度介于1.2～4 m的路段，此處清坡深度為30 cm，首節(jié)臺(tái)階的規(guī)格相對(duì)較大，為220 cm寬、133.3 cm高，結(jié)束最下一級(jí)臺(tái)階的填筑作業(yè)后在該處鋪設(shè)土工格柵。

3)邊坡高度超4 m的路段，要求清坡處理的深度達(dá)到30 cm，控制好首級(jí)臺(tái)階尺寸，為200 cm寬、133.3 cm高，較特殊的是上路床以及下路床，二者的底部均要設(shè)置土工格柵。

3.4 沖擊碾壓

新舊路基結(jié)合區(qū)域需形成一個(gè)整體，以防止出現(xiàn)橫向錯(cuò)臺(tái)與縱向裂縫的情況，對(duì)此應(yīng)嚴(yán)格控制碾壓作業(yè)的質(zhì)量。基底處持續(xù)碾壓20遍，設(shè)備的行進(jìn)速度保持在12～15 km/h之間，基于可行的措施保護(hù)沿線(xiàn)管道，諸如開(kāi)挖隔震溝、控制壓路機(jī)行進(jìn)速度等[7]。應(yīng)提升驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，參考規(guī)范所提出的壓實(shí)度要求，在此基礎(chǔ)上增加1%；若路段的填土高度在4 m內(nèi)首先展開(kāi)填筑施工作業(yè)，當(dāng)達(dá)到路床底標(biāo)高后再安排沖擊式壓路機(jī)進(jìn)場(chǎng)，為之實(shí)行20遍補(bǔ)壓處理；部分路段填土高度超過(guò)4 m，要求每填筑2 m便要執(zhí)行補(bǔ)壓處理(持續(xù)20遍)，所用設(shè)備為25 kJ沖擊式壓路機(jī)，經(jīng)施工并到達(dá)路床底標(biāo)高后再利用相同的設(shè)備補(bǔ)壓20遍，此環(huán)節(jié)施工的工藝參數(shù)應(yīng)得到有效控制，最大沖擊力至少達(dá)到25 t，設(shè)備提供的動(dòng)力至少為400馬力(1馬力≈735 W)，整個(gè)補(bǔ)壓階段的行進(jìn)速度不低于12 km/h，采取的是大面積碾壓方法，即長(zhǎng)100 m、寬6 m，主要目的在于為壓路機(jī)沖擊作業(yè)創(chuàng)造良好條件，以提升行駛速度[8]。

全面檢驗(yàn)激振效果，實(shí)行如下驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：以設(shè)計(jì)規(guī)范中提出的壓實(shí)度為參考，在此基礎(chǔ)上提升1%，將該值作為最終的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)20遍碾壓處理后產(chǎn)生的沉降需控制在5 cm內(nèi)。若涵洞頂部填土高度未達(dá)到2.5 m，此時(shí)豎向填土厚度要得到有效的控制，要求該值在1.5 m內(nèi)。除此之外，要控制好沖擊碾壓的水平距離。

4 結(jié)束語(yǔ)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展之下，高速公路的通行能力應(yīng)隨之提升，實(shí)行改擴(kuò)建工程成必然趨勢(shì)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同地區(qū)、不同項(xiàng)目采取先進(jìn)、合理的新舊路基銜接技術(shù)，使新舊路基形成整體結(jié)構(gòu)，從根本上控制不均勻沉降現(xiàn)象，提升高速公路的服務(wù)水平，為車(chē)輛通行提供安全、舒適的環(huán)境。

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