高速公路拼接拓寬工程沉降控制標準研究

王曉華 張占領 王新岐

（天津市市政工程設計研究院 天津 300051）

隨著我國經濟的快速增長，主要經濟干線走廊帶內的高速公路設計通過能力已不能滿足日益增長的交通需求，為擴大其交通流量，需對老路進行改擴建，在老路主線兩側拼接拓寬，如滬寧高速公路、杭甬高速公路及津濱高速公路等。新、老路堤的拼接施工由于建設時間的不同，存在較長時間差，特別是處于深厚軟土段落，拼接施工必然會引起新、老路基的不均勻沉降和縱、橫坡的改變，導致路面排水不暢，造車路面破損和開裂等病害的產生。

由于不均勻沉降會使路面結構層內部產生附加應力，一旦這種附加應力與車輪荷載產生的荷載應力之和大于路面結構層材料的強度，路面結構將會破壞。新、老路基間差異沉降值與路面、路基拉應力的允許值存在密切聯系，在公路路面使用年限內，應要求其最大的不均勻沉降值不超過某個限值，以保證路面不出現裂縫等病害。根據此變形特點，新、老路基的拼接沉降控制標準可選擇差異沉降量的允許值作為容許沉降標準，對于瀝青路面，沉降差小于5 c m時，它不會導致路面結構破壞［1］。

1 改擴建路基的變形機理及主要影響因素

軟基上高速公路經歷路基施工、預壓、路面施工和運行各個時段的荷載作用后，路基橫斷面的沉降量呈正盆形分布，在兩側進行拼接拓寬后，新拼接路基的自重將以偏心荷載的形式作用于老路基兩側，在兩側拓寬斷面形心垂線處的沉降量最大，并以向兩側逐漸減小的反盆形分布（見圖1），使老路的橫斷面轉變為受拉狀態。由于老路基已經運營了一段時間，沉降已經或基本穩定，地基的固結基本完成，新拼接路基施工時，由于拼接荷載的影響，又會引起老路基產生新的沉降，若處理不當將會引起新、老路基間過大的不均勻沉降，造成新、老路基結合處一定范圍內產生超過路基或路面的允許拉應力，由于路基填筑料均選用土、石及瀝青混合料等材料，其抗拉能力較低，過大的不均勻沉降容易引起路面縱向裂縫的發生。

圖1 路基附加沉降分布示意圖

當地質條件相同時，對差異沉降影響的主要因素有老路路基的寬度、高度及新拼寬路基的寬度及高度等。對于當前的老路改擴建，老路的路基一般為雙向4車道，故影響新、老路基差異沉降的主要因素是加寬路基的寬度及高度。

1.1 拼接寬度對沉降的影響

對于當前絕大部分4車道高速公路，隨著拼接拓寬寬度的增加，路堤中心沉降增量及拓寬形心處的最大沉降增量的變化曲線見圖2。

圖2 沉降隨不同拼接寬度的變化曲線

由圖2可見，隨著拼接寬度的增加，原路堤中心的沉降增量的變化率逐漸減小，當達到一定寬度后，隨著的拼接寬度的增加，原路中心沉降增量幾乎保持不變；拓寬形心的沉降增量，則隨著拼接寬度的增加逐漸增大，當拼接寬度達到30 m左右后，拓寬后形心處的沉降增量與原4車道中心沉降增量趨于接近。

1.2 拼接高度對沉降的影響

在軟土厚度及拼寬寬度相同的條件下，表1所示各特征點的沉降隨路基高度的增加而增加，且新加寬路基沉降量最大點隨路基高度的增加而逐漸靠近老路路肩。圖3為某高速公路加寬寬度為8.75 m，新路基的拼接寬度分別為3，5及7 m時各特征點的沉降變化圖。

表1 新、老路基各特征點的沉降量

圖3 新、老路基拼接的沉降各特征點

2 沉降控制標準研究

目前對于在軟土地基上拼接路基的沉降控制標準主要采用差異沉降控制標準［2］：原有路基與拓寬路基的路拱橫坡度的工后增大值不大于0.5%。單純采用此標準，并未完全考慮新拼寬寬度對差異沉降的影響，如果其拼接寬度較大，如有的改擴建項目在主線收費站處其加寬寬度達到80 m以上，而路基的填高高度較小，如果采用上述控制標準，則可能造成對新加寬路基的過度處理，造成軟基處理費用的急劇增加。如原路基寬度為26 m，兩側各拓寬80 m，則其要求的新路基工后沉降量小于5 c m方可滿足差異沉降的控制要求。從變形機理分析，由于路基的填高較小，路基的加寬寬度較大時，新路基的自身沉降量較大，而老路基中心的附加沉降量較小，新路基的沉降并不會對老路基造成明顯的影響。故結合路基的變形特點，建議分別采用新、老路基的橫坡改變量來控制標準及工后沉降量。即對于改擴建項目，對老路基采用其橫坡的改變量不大于0.5%；對新路基采用控制橫坡改變量及工后沉降量的方法，即控制其橫坡改變量不大于0.5%；在滿足橫坡改變量的基礎上，還應控制其工后沉降量滿足規范的要求。

3 工程效果

錫澄高速公路無錫樞紐沉降觀測結果表明［3］，當滬寧與錫澄實施拼接后（地基為不處理），實測到老路肩與原路中心間沉降差達到3～4 c m后，超車道右側路面出現局部縱向裂縫，裂縫長80 m，最大縫寬為3～5 mm，在裂縫出現的位置，橫坡最大值約為0.57%。根據此控制標準，錫澄高速公路無錫樞紐與滬寧高速公路拼接的匝道采用了縱橫向坡度的允許累計改變量應小于0.5%的控制標準。在某高速公路的主線收費站改造過程中，在原路基兩側各加寬約80 m，而項目所在地的軟土特別發育，計算的累計沉降量在60 c m以上。因此對該段的拼接，采取了控制老路路肩與新路基形心處的橫坡改變量小于0.5%及工后沉降量滿足規范要求的沉降控制標準，有效節約了地基處理的費用，目前運營情況良好，并未出現縱向裂縫等病害現象發生。

4 結語

根據新老路基變形的特點，軟基上的高速公路拼接工程其老路基橫向坡度改變量應小于0.5%，新路基最大橫坡改變量也應小于0.5%，并且工后沉降量還應滿足規范的要求。理論和實踐都表明，采用該控制標準，能有效防止縱向裂縫的發生，并能有效節約加寬寬度較大段落的軟基處理費用。

［1］ 周虎鑫.高等級公路工后不均勻沉降指標研究［J］.東南大學學報，1996，26（1）：54-56

［2］ JTGD30－2004公路路基設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 徐澤中.錫澄與滬寧高速公路拼接段地基處理設計［J］.水利水電科技進展，1998，18（2）：49-51.