高速公路軟基路段加寬設(shè)計(jì)探討

王俊麗

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，城市與城市的溝通發(fā)展日趨繁榮、城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的協(xié)作發(fā)展逐漸緊密，致使交通量與日俱增，以往的干線、國(guó)道、高速公路已不滿足經(jīng)濟(jì)快速、可持續(xù)發(fā)展的需要，迫切需要構(gòu)建“以高速公路為主、新干線為輔”的新型公路網(wǎng)。特別是隨著近年來交通量的增大、貨運(yùn)車輛的重型化，國(guó)內(nèi)多條已有的高速公路主干線的功能、服務(wù)水平下降顯得尤為突出，這些高速公路原多為雙向四車道，擁堵頻繁，已不滿足現(xiàn)階段交通發(fā)展要求，對(duì)該部分高速公路的改擴(kuò)建勢(shì)在必行。而高速公路擴(kuò)建是目前高速公路建設(shè)的難點(diǎn)之一，其制約因素眾多，遠(yuǎn)較新建高速公路復(fù)雜，對(duì)其尚未形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)指標(biāo)體系。而其中，軟土路基的加寬設(shè)計(jì)又是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)高速公路的改擴(kuò)建實(shí)例為數(shù)不多，尚無成熟的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)建設(shè)計(jì)中存在不少的難題有待進(jìn)一步的共同探討研究。

1 項(xiàng)目概況

國(guó)道主干線廣州繞城高速公路小塘—茅山段，位于廣州市西北，與廣三高速公路采用全互通立交相接，與廣三高速公路相交路線里程K22+770～K25+260，長(zhǎng)2.5 km，廣三高速公路于 1996年建成通車，路基寬度24.5 m、雙向四車道，設(shè)計(jì)速度100 km/h，現(xiàn)廣三高速公路擬擴(kuò)建為雙向八車道，路基寬度為41 m，因此該部分加寬與西二環(huán)高速同期實(shí)施，采用兩側(cè)加寬的方式，半幅加寬寬度為8.25 m。

由于該路段處于珠江三角洲微丘區(qū)，沿線魚塘密布，軟基層厚5.2 m～9.6 m不等，天然含水量為42%～118%，天然孔隙比為1.03～3.2，此處填土高度平均為5 m左右，廣三高速公路原設(shè)計(jì)地基處理采用排水固結(jié)法，為確保加寬后該段路堤的穩(wěn)定性和工后沉降滿足要求，防止不均勻沉降造成的影響，須采取有效的軟基處理方法進(jìn)行處理。

2 加寬設(shè)計(jì)

2.1 加寬處治方式選擇

表1 各種樁的優(yōu)缺點(diǎn)比較

由于廣三高速公路原設(shè)計(jì)地基處理采用排水固結(jié)法處理，加寬路段不適宜采用排水固結(jié)法進(jìn)行處理，給出排水通道，減小了孔隙水壓力，但增大了不均勻沉降，這樣會(huì)造成新老路的差異沉降大，因此選取復(fù)合地基法較合理，現(xiàn)在常用的復(fù)合地基法采用水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁和素混凝土樁，其優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

項(xiàng)目所在區(qū)域地質(zhì)情況變化較大，軟基較深，并且工期較緊，采用預(yù)應(yīng)力管樁處理較為合理。

2.2 路基拼接

在老路坡面開挖時(shí)，采取一定的支護(hù)措施，將邊坡調(diào)整為1∶0.5，再開挖臺(tái)階，調(diào)整新老路基拼接部位的應(yīng)力狀態(tài)，保證新舊路基的良好銜接，避免或減少橫向錯(cuò)臺(tái)和縱向裂縫的發(fā)生，填筑加寬路基前在原路基邊坡上開挖臺(tái)階(向內(nèi)傾斜4%)，同時(shí)自下而上，開挖一階及時(shí)填筑一級(jí)，臺(tái)階開挖尺寸100 cm×66 cm，以加強(qiáng)新老路堤的連接，具體見圖1。

拼接路基要注意填料選擇和填料控制，為減少新填路基的壓縮變形，在施工條件允許的前提下適當(dāng)提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。并且利用土工材料增強(qiáng)連接，協(xié)調(diào)土體變形，避免縱向裂縫的產(chǎn)生;在新老路基的填筑上應(yīng)用土工材料能有效地增強(qiáng)老路基與拼接路基土體間的連接性，限制和協(xié)調(diào)土體的變形，均化荷載，提高拼接路基的抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)拼接路基的整體性。土工合成材料采用強(qiáng)度適中的土工格柵，基底開始鋪設(shè)一層土工格柵，以后每隔一個(gè)臺(tái)階頂面均鋪設(shè)一層土工格柵。管樁的實(shí)施應(yīng)布置在開挖坡角處，并逐排向外進(jìn)行，間隔施工。

3 預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 管樁結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1.1 抗裂彎矩

管樁抗裂彎矩按以下公式計(jì)算:

其中，Mcr為抗裂彎矩，kN?m;σpc為混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力 ，MPa;ftk為管樁混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa;Wo為管樁換算截面積受拉邊緣的彈性抵抗矩，mm3。

3.1.2 極限彎矩

管樁極限彎矩按式(2)計(jì)算:

其中，Mμ為管樁極限彎矩，kN?m;A為管樁樁身橫截面面積，mm2;Ap為預(yù)應(yīng)力鋼筋面積，mm2;r1，r2分別為管樁樁身環(huán)形截面內(nèi)外半徑，mm;Dp為預(yù)應(yīng)力鋼筋所在圓周直徑，mm;α為受壓區(qū)混凝土面積和全截面面積之比;α1為受拉區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋面積與全部預(yù)應(yīng)力鋼筋面積之比;fptk為預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa;f′py為預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa;fck為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa。

3.1.3 管樁樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力計(jì)算

管樁樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算:

其中，Rp為管樁樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值，kN;A為管樁樁身橫截面面積，mm2;fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa;φc為工作條件系數(shù)，計(jì)算取0.7。

在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)樁身強(qiáng)度應(yīng)符合下式要求:

其中，Q為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的單樁豎向力設(shè)計(jì)值，kN。

3.1.4 管樁樁身結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的單樁豎向承載力最大特征值

管樁樁身結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的單樁豎向承載力最大特征值按下式計(jì)算:

其中，Ra為管樁樁身結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的單樁豎向承載力最大特征值，kN。

3.1.5 管樁樁身受拉承載力設(shè)計(jì)值

管樁樁身受拉承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下式要求:

其中，N為管樁樁身軸向拉力設(shè)計(jì)值，kN;fpy為預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa;Ap為預(yù)應(yīng)力鋼筋面積，mm2。

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)

管樁樁頂設(shè)置4 mm厚鋼板，其上設(shè)置一個(gè)100 cm×100 cm×35 cm的托板;管樁采用矩形布置，間距為 2 m～2.4 m，同時(shí)為增強(qiáng)樁體之間的聯(lián)系，分擔(dān)樁體應(yīng)力，各樁的托板之間填筑55 cm厚的中粗砂作為墊層，頂面鋪設(shè)一層土工格柵。

4 注意事項(xiàng)

1)合理選擇樁錘，采用錘擊法，打樁機(jī)宜選用三點(diǎn)支撐履帶自行式柴油打樁機(jī)，不宜采用自由落錘打樁機(jī)。選用筒式柴油錘。

2)管樁接駁時(shí)，應(yīng)采用法蘭盤連接或采用焊接連接，焊接時(shí)，清除端面的雜物，應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，焊接層數(shù)不少于兩層，焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)，焊好的樁接頭在自然冷卻后才可繼續(xù)施打，冷卻時(shí)間不宜少于8 min，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好后立即施打。

3)打樁過程中，保證樁錘、樁帽、樁中心線一致，施工過程中傾斜率不得超過0.8%。

4)當(dāng)托板頂填土高度小于50 cm時(shí)，嚴(yán)禁用大型壓路機(jī)碾壓。

5)收錘標(biāo)準(zhǔn)以到達(dá)的樁端持力層、最后貫入度為控制標(biāo)準(zhǔn)。正常情況下，最后貫入度按60 cm/10擊控制。

6)加寬路基軟土地基處理前應(yīng)清表、平整場(chǎng)地。樁體施工由靠近開挖坡角側(cè)逐排向外進(jìn)行，管樁應(yīng)間隔施工。

7)路堤填筑應(yīng)分層進(jìn)行，等載預(yù)壓時(shí)間不少于6個(gè)月，沉降穩(wěn)定后方可卸載進(jìn)行路面施工。

5 結(jié)語

舊路路基加寬段軟基段設(shè)計(jì)是項(xiàng)復(fù)雜的工作，每個(gè)項(xiàng)目都有其特殊性，從設(shè)計(jì)到施工，都須根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，如舊路現(xiàn)狀、舊路的軟土路基處理方式、舊路現(xiàn)狀的沉降狀況等諸多方面考慮，還應(yīng)避免對(duì)現(xiàn)狀交通流造成影響，注意新、舊路基的結(jié)合等，因此在舊路加寬改造中需要投入比新建項(xiàng)目更多的精力，達(dá)到項(xiàng)目的安全、經(jīng)濟(jì)和合理性。

[1] 龔曉南.高速公路地基處理設(shè)計(jì)指南[M].北京:人民交通出版社，2005:12.

[2] 河海大學(xué).交通土建軟土地基工程手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社，2001:3.

[3] 黃始南.深圳市丹平快速路碎石樁處理軟基的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].廣東公路交通，2009(2):58-59.

[4] 劉清高，李國(guó)新.橋頭軟基設(shè)計(jì)與施工的改進(jìn)建議[J].水運(yùn)工程，2005(7):31-32.

[5] 王春慧.高等級(jí)公路軟基設(shè)計(jì)中的一些問題[J].河北建設(shè)工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(1):43-44.

[6] 陳乃浪.論2種方法在軟基設(shè)計(jì)施工中的注意事項(xiàng)[J].四川建材，2006(6):111-112.

[7] 何向?qū)帲罨蹌?淺談公路軟土地基路基設(shè)計(jì)[J].山西建筑 ，2009 ，35(22):290-292.