高速公路拓寬改造路基沉降差異處治

黃 振 林

(朔州路橋建設有限責任公司，山西 朔州 036000)

1 概述

伴隨某省經濟發展能力的快速提升，省內經濟發展對交通基礎設施建設質量和層次的依賴性日益增長；隨著高速公路交通運輸壓力的不斷突出和增長，既有高速公路已經無法滿足快速增長的交通量，因此，高等級公路的改擴建升級施工近幾年在省內蔚然成風。

經拓寬改造施工后的高速公路同一截面內，填方高度不同位置的新、老路基在外荷載作用下的沉降周期不同，由于原有路基已運行較長時間，路基沉降逐漸趨向于穩定；而新路基在荷載作用下的沉降逐步發展，由于沉降速率及沉降量的差異，導致新舊路基銜接位置出現較大的內應力，銜接位置在應力集中作用下將沿著路基結構沿豎向開裂，最終導致路基結構整體脫空、失穩，影響高速公路路基、路面結構的承載能力、剛度及整體性。

2 高速公路路基拓寬后銜接位置沉降差異問題處治

2.1 高速公路路基拓寬銜接位置豎向開裂問題

在車輛荷載的長期、反復作用下，新老路基銜接位置由于沉降量差異，導致銜接位置出現變形不協調問題，在局部應力集中的影響下，一旦銜接位置的路基抗拉強度無法滿足局部應力，將導致路基結構沿豎向開裂；此外，新填筑路基結構在豎向荷載作用下，由于新老路基銜接位置的路基集料相互嵌鎖力無法滿足填土豎向荷載與自重的合力，新填筑路基容易出現整體的側向位移，進而引起銜接位置的豎向開裂，兩種開裂機制的聯合作用下，導致路基開裂、整體脫空、失穩，最終導致承重能力局部甚至完全喪失。

除了通車后的影響外，在拓寬改造施工階段的影響也不容忽視。為了保證銜接位置新老路基的搭接可靠度，新舊路基搭接位置呈臺階狀，由于施工因素影響，開挖臺階并非沿原有路徑平順分布，壓實機具在壓實施工過程中，難以保證始終作用在臺階搭接位置。且壓實機具在壓實過程中，作用區域仍舊有25 mm～30 mm范圍內無法作用，因此，在新舊路基搭接位置出現結構薄弱層，在后期竣工通車后，將很容易出現破壞。此外，由于省內高速公路路基結構層基本為水穩碎石基層結構，力學特性屬于半剛性半柔性基層，由于變形高度較低，在溫差作用下將導致路面基層出現不均勻收縮。在溫差值為負時，路面基層收縮，由于二者沉降非協調， 造成搭接位置出現應力集中，一旦收縮行為被約束，將誘導出現縱向裂縫，基層開裂反射至路面表面，表現為路面龜裂；溫差值變為正時，路面基層收縮裂縫閉合，在溫差正負反復循環作用下，最終導致路面病害大規模出現。

2.2 土工合成加固技術在省內高速公路拓寬改造中的應用

近幾年來，土工合成加固技術在省內高速公路拓寬改造施工中非常普遍，為了控制新老路基搭接位置的不均勻沉降問題，防止路基縱向裂縫出現和發展，在省內高速公路拓寬改造中常使用到土工合成材料作為加固母材。常用的土工合成材料有土工格柵和土工格室兩類。經現場施工實踐研究表明，借助土工合成材料進行路基搭接位置加固，能夠顯著提升拓寬路基的剛度和承載能力，提高新舊路基的變形協調性；此外，土工合成材料自重輕，能夠降低拓寬改造后路基的整體自重，降低豎向及側向變形。

2.2.1常用的土工合成加固材料

常用的土工合成加固材料有土工格柵和土工格室兩種。土工格柵由高聚物制成，主體結構為網狀，結構具備自重輕、剛度大、抗拉強度高、耐久性良好等諸多優勢，土工格柵嵌入到路基內部，能顯著提升新舊路基搭接位置的摩擦系數值，提高路基土顆粒之間的相互嵌鎖能力；土工格室是在土工格柵基礎上發展演變而來，由于土工格室在使用前可以堆疊成任意形狀，便于運輸，且土工格室可以根據加固面積隨意延長，材料的連續性強。在具體使用過程中，可以動態調整材料加筋率和回填土土質，最終形成承載能力和剛度各異的復合材料。圖1為土工格室施工現場情況。

2.2.2土工合成材料加固原理及處治效果分析

土工格室側向與路基土體之間的相互摩擦作用為路基土體提供了可靠的側向及豎向邊界約束，提升了路基搭接位置的豎向承載能力和變形剛度，提高了搭接位置的變形協調能力，削減了同等荷載條件下的沉降變形量。此外，土工格室與路基壓實成型后，借助內部空間結構與土體產生橫向剪切作用，使得土體結構的抗剪強度得到充分提升。土工格室與格室空間中的路基填筑料相互作用，使得土工格室內的填筑材料承受三維應力作用，最終形成具備高抗壓及抗剪強度的復合結構體，能夠有效抵抗上部傳遞來的應力及變形，強化了路基填料與土工格室之間的相互協調變形能力。

通過現場施工項目分析，本著以控制縱向和豎向裂縫為目的，采用土工格室進行加固，其加固效果尤為顯著。鋪筑土工格室能夠顯著控制拓寬路基的側向位移值，且將土工格室安置在路基頂部及底部加固效果尤為明顯；且土工格室的鋪設位置距離路基頂部的距離與新老路基之間沉降差異降低程度之間呈現明顯的正相關關系，若將土工格室鋪設在路基上層時，對二者沉降差異的影響較低。在新舊路基搭接位置加鋪土工格室能夠控制路基的側向及豎向位移值。在拓寬改造施工中，建議低填土路基可以在路基底層加鋪土工格室；對于高填方路基，可以在路基頂部和底部同時加鋪土工格室，并在搭接臺階位置也布設土工格室。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

本工程項目地處某省西北部，地質類型為典型的黃土丘陵地貌，平均海拔高度在600 m～800 m范圍內，地表黃土覆蓋厚度約為25 m～40 m之間，由于長期的雨水沖刷和風化侵蝕，地表溝壑發育成熟，溝谷大部呈U字型。為了保證路基結構的承載能力，在線路沿線范圍內必須對路基進行合理處置，以提升黃土路基的承載能力和變形剛度。原有標段內(K2000+200～K2005+200)，單幅路基寬度為15.5 m，路面車道單幅寬度為2×7.25 m，現對K2000+200～K2005+200標段進行雙側路基加寬。

3.2 施工工藝及流程

項目施工現場遵循如圖2所示的基本流程。

高速公路路基拓寬改造施工路基填筑材料質量應滿足JTG F10—2015公路路基施工技術規范；且土工格室必須滿足進場抽檢合格率指標。根據規范要求對新舊路基結合位置進行臺階開挖，確保臺階加寬值不低于規范推薦值；土工格室鋪設之前，應采取專用卡槽固定，并沿線路行進方向展開；回填路基材料時，應遵循由內向外的順序將其擠壓入格室內，并配合機具壓實整平，直到壓實指標滿足規范要求。

4 結語

通過對既有高速公路進行拓寬改造升級，不但能夠緩解交通運輸壓力，還能夠壓縮投資，縮短施工周期，與交通基礎設施建設的循環、可持續發展不謀而合。文章將土工格室加固技術應用在高速公路路基拓寬改造施工中，經施工實踐檢驗，該技術滿足拓寬改造路基沉降差異處治要求。