公路改擴建路基拓寬關鍵處治技術研究

鄒 新 特

(湖南省農林工業勘察設計研究總院，湖南 長沙 410007)

隨著國民經濟的快速發展，機動車輛的數量迅速增多，各公路的交通量也隨之迅速增長，原有的許多公路無法滿足現有交通量的通行；同時，20世紀修建的公路經過十多年的運營，道路的功能性和結構性方面已無法滿足要求。為了解決這些問題，需要對原有的公路進行改擴建[1-3]。本文結合S316平江童市至城關公路拓寬改造工程實例分析路基拓寬的分類和特點，探討路基拓寬的兩個關鍵問題及處治技術。

1 路基拓寬分類及特點

路基拓寬改擴建工程是指利用現有道路，對其進行拓寬改造，提高道路等級或改善道路服務功能，從而改善現有道路路網結構，使其具有較高的技術經濟價值，同時現有道路的利用可以少占土地并有利于環境保護[1]。

1.1 從路基拓寬方式分類

1)單側拓寬。單側拓寬是指在老路基的某一側集中進行拓寬，見圖1。此類拓寬新老路基中心線不重合；新路基的路堤自重以偏心荷載的方式作用在老路基上，將使老路基產生新的不均勻的附加沉降；部分新路基落在新的填土上，由于老路基已經修筑很長時間，新路基的強度很難保證與老路基相同；但是此類路基拓寬只有一個新老路基的結合面，施工比較方便，土石方工程集中在老路的某一側施工，原有的老路可以作為施工便道使用；施工時能安全地使用平地機、壓路機等筑路機械操作，使新填土較好地壓實，確保拓寬部分的質量。

2)雙側拓寬。雙側拓寬是指在老路基的兩側都進行拓寬，見圖2。此類拓寬新老路基中心線重合；新路基的路堤自重以對稱荷載的方式作用在老路基上，使老路基發生對稱沉降；拓寬后路基能較多地利用老路基；但是此類路基拓寬有兩個新老路基的結合面，比較難保證新老路基之間的結合性和整體性，特別對于高路堤，容易引發新老路基結合的病害，尤其是拓寬寬度不大時，病害特征尤為明顯。

1.2 拓寬前后邊坡坡率變化

1)保持邊坡坡率不變的拓寬。保持邊坡坡率不變的拓寬是指在路基拓寬前后新路基的邊坡坡率與老路基的邊坡坡率一樣的拓寬。此類拓寬需在路基某側或者兩側增加用地，適用于地形、地物和地質環境不受限制的條件下和低填方路段。

2)保持坡腳位置不變使邊坡變陡的拓寬。保持坡腳位置不變使邊坡變陡的拓寬是指在路基拓寬前后新路基和老路基坡腳位置不變，而新路基的邊坡坡率大于老路基邊坡坡率的拓寬。此類拓寬不需增加用地，當拓寬后邊坡坡率較大時用擋土墻等支擋結構來支撐，適用于地形、地物和地質環境受到限制的條件下和填方較高的路段。

2 路基拓寬的關鍵問題和處治

舊路經過多年的通車運行，地基的固結已經基本完成，其強度較大，而新拓寬路基的地基固結尚未開始，所以新老路基的強度相差較大。現有的道路上進行路基拓寬，需要解決的兩個關鍵問題：1)新老路基的差異沉降；2)新老路基的穩定結合。

2.1 新老路基的差異沉降

新老路基的差異沉降是新老路基結合處產生縱向裂縫等病害的主要原因。減小新老路基的差異沉降可以從減小路堤荷載和提高地基承載力兩個方面著手[4]。減小路堤荷載是從減小地基壓力方面來達到減小新老路基的差異沉降的目的。提高地基承載力主要從技術可行，施工成熟，經濟合理的地基處理方法來選擇對地基進行加固來達到新老路基的差異沉降的目的[5，6]。

2.2 新老路基的穩定結合

新老路基的穩定結合除保證軟土地基的處治質量、采用新型的輕質路堤填料和保證新填土的填筑質量外，還需沿老路基坡腳向上開挖臺階和鋪設土工格柵等處理。

2.2.1開挖臺階

1)開挖臺階將老路基邊坡上的草皮、種植土還有老路邊坡壓實度不夠的土予以清除；2)開挖臺階使新老路基結合處的接觸面積大大增加，摩阻力和抗剪能力增強；3)開挖臺階可以為土工格柵的鋪設和錨固提供一個平臺；4)開挖臺階方便拓寬部分路堤下地基處理。

2.2.2加鋪土工格柵

新老路基結合處鋪設土工格柵加筋是利用土工格柵與填料之間具有很好的整體性和摩擦性的加固原理，使結合處的強度增加，具體作用如下[7]：

1)改善應力狀態；2)減小差異沉降；3)約束側向變形；4)加強壓實作用。

3 工程實例

3.1 工程概況

S316平江童市至城關公路是湖南省省道網規劃項目，全線位于平江縣境內，路線全長17.600 km。K0+000～K9+600段路基設計寬度為10 m，路面寬度8.5 m；K9+600～終點路基設計寬度為12 m，路面寬度10.5 m。

3.2 數值模擬分析

本論文數值模擬選取K4+860處典型斷面進行分析，該處斷面的加寬方式為單側拓寬，原老路路基寬6 m，填土高6 m，拓寬路基寬4 m。新舊路基接觸處開挖臺階寬度為2 m，路基拓寬分三級填筑，并分別在新老路基接合處的頂面、中部及下部鋪設三層土工格柵，如圖3所示。

為了比較挖臺階和加格柵情況對拓寬路基的影響，對拓寬路基進行不挖臺階且不加格柵、挖臺階不加格柵、加格柵不挖臺階以及挖臺階加格柵四種情況進行數值模擬分析。

3.2.1沉降分析

不挖臺階且不加格柵、挖臺階不加格柵、加格柵不挖臺階以及挖臺階加格柵四種情況下的路基總體變形和四種情況下的差異沉降量如表1所示。

表1 四種情況下的沉降量和差異沉降量 cm

從表1可以看出，不挖臺階且不加格柵、挖臺階不加格柵、加格柵不挖臺階以及挖臺階加格柵四種情況下的差異沉降分別為6.37 cm,6.06 cm,5.49 cm和4.74 cm；相較于不挖臺階且不加格柵，挖臺階不加格柵的差異沉降減小了4.9%、挖臺階不加格柵減小了13.8%，挖臺階加格柵減小了25.6%；這說明了挖臺階加格柵的路基頂部差異沉降效果最好，且對于路基頂部的差異沉降，加土工格柵的效果好于開挖臺階。

3.2.2側向變形分析

通過計算不同工況下坡腳處最大側向變形量，分析不同路基拓寬處治技術效果，計算結果如表2所示。

表2 四種情況下的側向變形量 cm

從表2可以看出，不挖臺階且不加格柵、挖臺階不加格柵、加格柵不挖臺階以及挖臺階加格柵四種情況下的坡腳處最大側向變形分別為7.83 cm，7.17 cm，4.70 cm和3.92 cm；相較于不挖臺階且不加格柵，挖臺階不加格柵的側向變形減小了8.4%、挖臺階不加格柵減小了40.0%和挖臺階加格柵減小了50.0%；這說明了挖臺階加格柵對減小坡腳處最大側向變形的效果最好，且對于坡腳處最大側向變形來說，加土工格柵的效果明顯好于開挖臺階。

3.2.3穩定性分析

邊坡穩定性是指邊坡巖、土體在一定坡高和坡腳條件下的穩定程度，常用的路基邊坡穩定性計算方法有ordinary法、Bishop法、Janbu法以及Morgenstern-Price(M-P)等計算方法，本研究采用四種方法的均值進行分析，結果如表3所示。

表3 四種情況下的穩定性 cm

從表3可以看出，采用開挖臺階和加土工格柵這兩個工程措施均可加強路基的穩定性，就采取單一措施而言，加土工格柵的穩定性好于開挖臺階。

4 結語

1)路基拓寬工程的病害與路基拓寬類型有關，路基拓寬類型的選擇是由多方面因素決定的，在實際工程中需對所有因素進行對比選擇。2)減小新老路基的差異沉降主要是采用新型輕質路堤填料減小路堤荷載和采用地基處理的方法提高地基承載力。3)新老路基的穩定結合除保證軟土地基的處治質量、采用新型的輕質路堤填料和保證新填土的填筑質量外還需沿老路基坡腳向上開挖臺階和鋪設土工格柵加筋等處理。4)路基拓寬中，挖臺階和土工格柵都能夠減少新老路基的差異沉降，都能夠減少路基的側向變形和提高邊坡的穩定性。