公路拓寬改建工程病害及原因分析

楊春友

隨著我國交通運輸事業的快速發展，許多公路的拓寬改建已提上議程。公路拓建首先應解決路基拓寬、新老路基結合的問題，保證新老路基協調變形，共同承擔行車荷載的作用，減少新老路基結合部的路面開裂、路基失穩等病害的發生。與新建路基相比，新老路基結合部處治設計除了需遵守新建路基的規定外，還應著重考慮路基拓寬工程的特殊性，對新老路基結合部采取相應的處治技術。尤其在軟土地基上進行公路拓寬，國內外可借鑒的成功經驗還很有限，需結合工程實踐進行研究。近幾年已完成的拓建工程雖積累了一些成功經驗和成果，但許多理論問題尚未完全解決，需要進一步補充和完善。

1 拓寬路基病害及成因

道路拓寬常見的損壞形式:新老路結合部剪切開裂;老路基層頂面開裂;新老路基層底面開裂;新老路面結合部彎拉開裂。損壞的主要成因是新路基穩定性不足和新老路基的不協調變形，尤其是新老路基的不協調變形使得新、老路面結構在行車荷載作用下既承受荷載應力，還承受結構附加應力。新老路基不協調變形是道路拓寬產生病害最重要的、最根本的原因。

2 拓寬路面產生裂縫的原因

通過對縱向裂縫的調查觀察和定性分析可得出新老路基出現差異沉降，最終使路面產生縱向裂縫，主要是由以下原因造成的:

1)由于土基地質差，導致新老路基底部土基因荷載的增加發生沉降，但原路基下的地基因在改造時已基本固結沉降到位并且所增加的荷載遠小于新拓寬部分，其沉降大大小于新拓寬部分地基的沉降;2)由于新老路基出現差異沉降，路基失去穩定，表現為路堤內的破裂面(頂部破裂面在老路范圍內)外的土體下沉側移，將路面拉裂造成縱向開裂。

3 拓寬路基及路面病害防治措施

3.1 提高路基穩定性及其強度

公路拓寬改建工程受老路自然狀況制約，在選線上無法充分考慮地形地貌、地質土質的特殊情況。在確保老路基穩定的前提下充分考慮影響新老路基穩定性的各種因素，重點應抓好原地基處理、采取防側滑措施、控制施工速率、改良路基填料性能等關鍵施工環節，使之能夠達到提高路基強度，減少路基工后沉降，進而有效控制縱向裂縫的產生。

3.2 土工合成材料的應用

路基施工時在新老路銜接的臺階處設置雙向土工格柵，可有效增加新舊路基間的粘結力，減少不均勻沉降和側向位移。同樣路基頂、底基層、基層頂面在施工中除設臺階銜接外，在結合處增設土工格柵可以使新老路有效地融為一體。在近年的工程實踐中，我們采用強度、張拉力、柔韌性更優的玻纖格柵在新老路縱向接縫和基層頂面新老路結合處及老路部位鋪設，有效減少了路面縱向開裂，收到了較好的效果。

3.3 連續配筋混凝土的應用

公路拓寬改造工程由于一般工期要求均比較緊，局部高路堤段往往在地基、路基有效處理之后通車時，路基沉降依然還不到位，這時為防止路面縱向開裂，可在路面下增設配筋混凝土板。由于該結構層具有很強的剛度和強度，防路面開裂性能好，是其他路面結構無法比擬的，但是造價高。

3.4 路面縱向裂縫的后期養護維修

通車后路面出現縱向開裂應及時進行處治，防止因路表水滲入路面而造成結構層更嚴重的損壞，使路面功能得到及時恢復，并延長面層的使用壽命。應加強觀察，裂縫出現后，及時用熱瀝青等灌縫材料封閉裂縫，防止雨雪水下滲。對縫寬大于4 mm且已穩定的縱向裂縫，瀝青路面則銑去原瀝青面層(寬度一般在50 cm～100 cm)，將基層頂面的裂縫進行灌縫處理灑粘層油后恢復面層;混凝土路面則可采用條帶修補或更換混凝土板的方法，同瀝青路面一樣，需對基層的縱向裂縫處理后恢復混凝土面層。

針對縫寬大于4 mm，并且裂縫還在繼續發展的情況，則在裂縫處開挖至基層(開挖寬度大于50 cm)，將基層裂縫用熱瀝青灌縫處理后在基層表面均勻涂刷粘合劑及改性瀝青，加鋪2層～3層土工布(土工布之間需涂刷如改性瀝青等粘結材料)，土工布寬度在縫體兩側不小于15 cm，再重新鋪筑面層。對基層有明顯損壞的，或路基嚴重不穩定的，則可采用鋼筋混凝土結構取代沿裂縫縱向開挖出的原有路面的基層、底基層，以增加路面基層的抗裂性能。

4 拓寬路基拼接處理的關鍵

4.1 新路基的穩定性

新老路結合部剪切開裂，其形成機理通常與新老路基結合面滑移有關。這類損壞主要涉及滑動穩定，需要在穩定性分析中考慮。路堤堤身的穩定性分析、路堤和地基的整體穩定性宜采用簡化Bishop法進行分析計算。路堤沿老路路基斜坡或軟弱層帶滑動的穩定性可采用不平衡推力法進行分析計算。穩定性計算分析得到的穩定安全系數不得小于JTG D30-2004公路路基設計規范的規定。當路堤穩定安全系數小于相應穩定安全系數時，應采取加強新老路基結合部、地基處理或設置支擋結構物等措施。

4.2 控制新老路基差異沉降

公路路基的拓寬設計，應保證拓寬部分路基與原有路基之間的銜接，同時采取必要的工程措施減小拓寬路基與原有路基之間的差異沉降，防止產生縱、橫向裂縫。道路拓寬前原有公路地基已基本固結穩定，而兩側地基基本為原狀地基。在拓寬路基荷載作用下，地基將產生新的附加沉降，并對原有路基路面產生一定影響。路基擴建的主要技術難點在于控制差異沉降，協調新老路堤以滿足整體受力的需要，而且既不能影響原有已穩定的既有路基，又要考慮沿線電力、通訊等管線的安全。

老路路基在拓寬之前，路基頂面變形呈現盆形，但隨著拓寬部分路基、路面荷載的增加，不均勻沉降的盆形曲線逐漸變化為反坡曲線。老路基層頂面的應力由新建公路的受壓狀態逐漸發展為拓寬后的受拉狀態，拓寬基層頂面則為受壓狀態。當老路基層頂面彎拉應力超出其彎拉強度，該變形附加應力可導致路面的開裂。在既有路面仍作為拓寬后整體路面結構主要承力層的情況下，拓寬過程中引起的老路地基施工沉降對既有路基、路面的結構性能和服務性能具有顯著影響。因此，地基處理技術的選取應盡量減小老路地基的附加沉降。

4.3 加強拼接部以保證新老路基協同受力

新老路基的強度差異對拓寬工程性狀具有極其重要的影響，在進行拓寬路基處理設計時，有必要遵循“協同作用”的原則。為處理好新老路基結合部，不影響既有已穩定路基，新路基除必要的地基處理外，還應對填料強度、填料密實、新老路基結合部做綜合考慮，這些方面也是引起新老路基差異沉降，結合部破壞，不協調變形的主要因素。其中路基填料、填料壓實的選擇可結合既有路基的狀況，參考規范對新建路基的規定。

老路基結合部的加強處治。在既有路基邊坡上開挖臺階，臺階尺寸根據原有路基土的強度和壓實度確定，原則上要保證結合部的路基強度。為進一步增強新老路基之間的連接，保證新老路基拼接部的整體強度，在沉降差異較明顯、拉應力最大的路床、路面拼接部位鋪設一定數量的土工格柵。新老路基結合部的加筋土工格柵應采用節點強度高、整體性能較好的雙向拉伸土工格柵，該類型格柵的嵌鎖作用可以有效地增大結合部的整體強度。

5 結語

公路的擴建與新建工程具有許多不同的特點，路基拓寬荷載的形式以及理論計算和分析模式目前在設計和施工方面還存在著不少問題有待于深入而系統的研究。同時老路拓寬改造工程路基與路面病害的防治方法必須考慮各種因素綜合確定，宜遵循因地制宜、經濟可行、工期合理、綜合治理的原則。

[1] 谷志杰.公路安全保障工程措施探討[J].公路，2006(6):37-38.

[2] 陳玉良.公路拓寬改建工程路面縱向開裂原因及防治[J].華東公路，2003(1):53-54.

[3] JTG D30-2004，公路路基設計規范[S].

[4] 張 華.淺談路基拓寬結合處縱裂的原因與防治措施[J].山西建筑，2009，35(17):249-250.