高速公路改擴建工程新舊路基銜接技術研究及應用

馬玉禮

(濟寧市鴻翔公路勘察設計研究院有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

0 前 言

現階段，高速公路改擴建工程依然處于發(fā)展初期階段，不同于新建公路的是，改擴建工程對技術水平提出更高要求，其工藝難度相對較大，以新舊路基銜接技術最為明顯[1]。基于此，有必要探尋合適的技術方案，以給新舊路基銜接施工作業(yè)提供指導，確保道路的整體質量。

1 項目概況

濟青高速是山東省高速公路網絡中的重要組成部分，完善了“兩縱兩橫”的線路布局。該公路走線集中在山東省中部，并銜接周邊的河南與河北，是青銀高速的起點，有效對接半島藍色經濟區(qū)，在經濟發(fā)展、日常出行等方面都發(fā)揮出重要作用。

本項目是國高網青銀高速公路的組成部分，整體呈東西走向，是山東省最繁忙的交通通道之一。本項目自通車以來，隨著區(qū)域經濟社會的快速發(fā)展和高速公路網的進一步完善，交通量增長迅速。2013年青島至濰坊段平均汽車交通量為34 519Pcu/d，2002年以來交通量年平均增長10%，但路網服務水平停滯不前，難以適應大流量通行環(huán)境所提出的要求，交通擁堵問題較為普遍。現階段路網功能偏弱，與區(qū)域內的交通運輸任務不符，難以為經濟的發(fā)展提供充足支持。鑒于此問題，針對既有道路實行改擴建具有現實意義。

2 高速公路改擴建不均勻沉降的成因

2.1 路基拓寬不當對不均勻沉降的影響

根據現場試驗分析結果，新路基施工作業(yè)中伴隨拓寬長度的增加，對應的新舊路基沉降值也表現出增長的趨勢，二者具有正相關關系，但其特殊之處在于相關曲線的斜率值具有降低的特點[2]。單側加寬作業(yè)時將會對原路基中線區(qū)域造成影響，該處的沉降明顯加大，但中線周邊的變化特點存在差異，沉降值相對偏小，表現出先增后減的特點。此時，若加寬路基施工中的路堤高度維持在某一水平不發(fā)生變化，當拓寬寬度較小時，沉降集中在路肩的外圍，而伴隨加寬作業(yè)的持續(xù)推進，沉降最大值的區(qū)域隨之變化，逐步向路基中心遷移。除此之外，新路基表面較為特殊，該處易產生反向橫坡。因此，若原路基拓寬的寬度較小，考慮到車輛荷載的作用，為盡可能避免路基結構受損現象，較為適宜的是單側拓寬的方式；當拓寬值相對較大時，其局限之處在于新舊路基銜接不良，受拓寬寬度的影響，將存在明顯的差異沉降，可行性欠佳。具體至本項目中，路基拓寬采取的是中心對稱的方式，加寬量分別為7.5、15 m時，路基雙側沉降差值為4.38、8.16 cm。

2.2 加寬路基邊坡高度對沉降差異的影響

在施工項目現場采取試驗的方式，根據距離舊路基中心的距離值，分析其頂面不同位置的沉降情況，具體沉降值統(tǒng)計結果如表1所示。

表1沉降值統(tǒng)計結果

分析表1可知，對應的路基填筑高度越低，新舊路基結構在頂部位置的沉降曲線的變化幅度越顯著，且新舊路基結構的填土高度與新路基結構對舊路基結構的影響之間呈現明顯的正相關關系，由于既有路基結構的沉降值降低，最終的路堤結構頂部的沉降段的變化趨勢逐步趨向于緩和。經現場試驗研究可知，路基填筑高度與既有路基對新路基的沉降影響程度之間呈正相關關系，所以，相應的拓寬路基結構在脫離原有路基結構邊坡后，拓寬部分的沉降差異值較低，由于新舊路基結構沉降的不同步性，導致路基結構內部局部出現應力集中問題，最終引起“波浪形”沉降病害。

3 新舊路基銜接技術方案

經研究分析，高速公路改擴建工程不均勻沉降主要出現在新舊路基銜接部位，并與路基拼接寬度、填土高度、路基壓實及拼接施工質量等有著密切關系[3]。為減少不均勻沉降，獲得更好的工程效果，有必要采用更加合理、更加適合該項目的路基銜接技術方案。

3.1 地基處治

低填路基段要得到全面清理，即清表0.3 m，經檢驗后要求該處壓實度≥90%，換填材料優(yōu)先選擇砂礫土，其具備水穩(wěn)性強的特點，所用材料的最大粒徑<0.3 m，經施工后要求壓實度≥96%；做好基底欠壓實填方路段清表作業(yè)，填筑材料優(yōu)先選擇碎石，要求該處壓實度≥96%。做好拓寬路基填筑的準備工作，安排振動壓路機處理該施工區(qū)域，以達到有效壓實的效果。換填料至地表后再轉為填筑素土的方式，形成0.2 m厚的結構層，此時橫向壓實路基，根據實際情況靈活調整碾壓遍數，通常以20遍為宜。持續(xù)沖擊壓實作業(yè)，當寬度達到護坡道外側時，調整好沖擊壓路機的位置，檢測輪邊與構造物間距，其必須要超過1 m，否則不利于安全作業(yè)。施工中沖擊壓路機遵循慢速行進的原則，宜穩(wěn)定在12～15 km/h。正式沖擊壓實前，應在現場選取具有代表性的路面經過試壓后全面掌握施工情況，靈活調整工藝，確保舊路不出現受損等問題[4]。

3.2 開挖臺階

銜接區(qū)域易發(fā)生質量問題，應確保其施工效果，該處的臺階開挖作業(yè)尤為關鍵。在此之前應處治地基，目的在于將該處的松土清理干凈，隨后沿舊路面有序開挖，形成臺階后填實路基，盡可能提高新舊路基的結合效果，使其形成整體。

臺階施工環(huán)節(jié)要加強對現場環(huán)境的檢測，若舊路基含水量偏高，經過刷坡處理后需及時晾曬。現場的安全防護工作要落實到位，在指定區(qū)域設置安全標志[5]。

臺階的開挖作業(yè)要遵循特定的流程，可從原路坡腳處開始，在該處向內開挖1～2 m。嚴格控制好臺階規(guī)格，寬1～2 m、高0.8～1 m，具體為逐級開挖的方式，并結合現場施工情況計算得到準確的臺階尺寸。經過一級臺階的開挖后即可對其進行填筑，無誤后繼續(xù)開挖下一層。按照上述方法循環(huán)施工，到達路床底面后根據路基填高要求靈活調整，確保最后一級臺階尺寸的合理性。通常考慮臺階與路床底面間距，以此為依據采取合適的處理措施：若該值≤0.8 m，此條件下可作一個臺階開挖；若該值≥1.3 m，此時采取的是分兩個臺階開挖的方式，高度為1 m和0.3 m。臺階填筑工作量較大，且為了確保質量選擇分層填筑的方式，每結束一層填筑后隨即碾壓，此處選擇振動壓實法，經處理后各層厚度以0.2 m為宜。新舊路基要形成完整的結構，為達到此目標，結束填筑后應加強對路基頂面的處理，即在原基礎上額外壓實幾遍；新路基填料的選擇也至關重要，應盡可能與舊路基保持一致[6]。

3.3 鋪設土工格柵

針對新舊路基產生的沉降差，可通過設置鋼塑復合型土工格柵的方式處理，將其鋪設在路基頂面以下20 m處，寬度設為6 m，縱橫斷裂伸長率3%。在實際安裝時應遵循的設置原則如下。

1)填方高度未超過1.2 m的路段可將此部分視為低填路段，此處清坡深度要達到30～50 cm，經施工后形成一級臺階，各處寬度保持一致且均為200 cm，考慮到路基沉降不均的問題，結束清表作業(yè)后檢測標高，若該值未滿足路床底標高要求需再次進行開挖作業(yè)，無誤后回填水泥土，最后設置土工格柵。

2)邊坡高度介于1.2～4 m的路段，此處清坡深度為30 cm，首節(jié)臺階的規(guī)格相對較大，為220 cm寬、133.3 cm高，結束最下一級臺階的填筑作業(yè)后在該處鋪設土工格柵。

3)邊坡高度超4 m的路段，要求清坡處理的深度達到30 cm，控制好首級臺階尺寸，為200 cm寬、133.3 cm高，較特殊的是上路床以及下路床，二者的底部均要設置土工格柵。

3.4 沖擊碾壓

新舊路基結合區(qū)域需形成一個整體，以防止出現橫向錯臺與縱向裂縫的情況，對此應嚴格控制碾壓作業(yè)的質量。基底處持續(xù)碾壓20遍，設備的行進速度保持在12～15 km/h之間，基于可行的措施保護沿線管道，諸如開挖隔震溝、控制壓路機行進速度等[7]。應提升驗收標準，參考規(guī)范所提出的壓實度要求，在此基礎上增加1%；若路段的填土高度在4 m內首先展開填筑施工作業(yè)，當達到路床底標高后再安排沖擊式壓路機進場，為之實行20遍補壓處理；部分路段填土高度超過4 m，要求每填筑2 m便要執(zhí)行補壓處理(持續(xù)20遍)，所用設備為25 kJ沖擊式壓路機，經施工并到達路床底標高后再利用相同的設備補壓20遍，此環(huán)節(jié)施工的工藝參數應得到有效控制，最大沖擊力至少達到25 t，設備提供的動力至少為400馬力(1馬力≈735 W)，整個補壓階段的行進速度不低于12 km/h，采取的是大面積碾壓方法，即長100 m、寬6 m，主要目的在于為壓路機沖擊作業(yè)創(chuàng)造良好條件，以提升行駛速度[8]。

全面檢驗激振效果，實行如下驗收標準：以設計規(guī)范中提出的壓實度為參考，在此基礎上提升1%，將該值作為最終的評定標準，經20遍碾壓處理后產生的沉降需控制在5 cm內。若涵洞頂部填土高度未達到2.5 m，此時豎向填土厚度要得到有效的控制，要求該值在1.5 m內。除此之外，要控制好沖擊碾壓的水平距離。

4 結束語

社會經濟不斷發(fā)展之下，高速公路的通行能力應隨之提升，實行改擴建工程成必然趨勢，應當針對不同地區(qū)、不同項目采取先進、合理的新舊路基銜接技術，使新舊路基形成整體結構，從根本上控制不均勻沉降現象，提升高速公路的服務水平，為車輛通行提供安全、舒適的環(huán)境。

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