高速公路路面加寬施工技術與設計研究

沈 毅，賀鴻飛，匡渝陽

((1.杭州交通高等級公路養護有限公司，浙江 杭州 310007;2.磐安成業建設工程有限公司，浙江 金華 324000;3.常山安欣建設有限公司，浙江 衢州 324000))

1 引 言

近些年我國基礎建設取得令人舉目的成效，高速公路因帶動了貨運與客運的快速發展對國民經濟的發展起著重要的作用到。但是雖然我國高速公路基礎建設具備較大的規模，但并不能滿足當今經濟的快速發展，高速公路堵車現象日益頻繁，安全交通事故頻現。因此有必要對現有的高速公路進行改造，其中對公路加寬無論是在設計還是在施工中都是改造技術中的關鍵。高速公路建成通車之后，見過長時間的運行，路基完成沉降；而對其加寬的同時新的路基存在沉降，因此經過長時間的積累，新舊路面的接縫處容易發生開裂現象，對高速公路造成嚴重不利影響。因此有必要對對加寬技術進行探討研究。我國地域廣闊，為應對物流、經濟的快速發展，高速公路發展迅速，截止目前里程已達13.1萬km。由于經濟發展的區域性，大部分高速公路分布在東南沿海地區，加上交通量的增長和該區域地貌特殊，由于經濟發展的區域性，大部分高速公路分布在東南沿海地區，為軟土地基層，不能滿足交通量重型化、大型化及快速增長的趨勢要求，則對目前高速公路進行擴建改造，改善運輸結構和運輸效率。

2 工程實例

某高速公路按照一級公路標準建設，目前是四車道，路基寬度是23 m，包含1 m寬度的中央隔離帶，路緣帶寬度兩邊各0.5 m，車道寬度為3.75 m。由于路面使用時間久遠，同時為了應對軟土地基施工后沉降較大的特點，路采用混凝土和瀝青路面混合的形式。基外邊坡在雨水的侵蝕及沖刷作用下發生滑坡，造成該高速公路路基水毀及混凝土路面面板脫空等病害，路面的場地勘測數據。公路內側邊坡，為巖土質邊坡，垮塌長度約120 m，垮塌坡面高度約25.8 m。邊坡垮塌導致家庭村的村道外側路肩垮塌，形成長約20的缺口，為確保切方邊坡的穩定，避免垮坡地質災害進一步擴展，對發生垮塌地質災害的內側邊坡的工程處治以坡面支護處理為主，采用路塹擋土墻進行支擋，然后采用臺階式C25混凝土護坡，坡比較陡地方采用護面墻。如表1所示，水泥混凝土路面結構設計。

表1 水泥混凝土路面結構設計

表2 勘測參數

2.1 模型假設

A.不考慮路基縱向長度問題，同時三維模型可以簡單轉換成二維模型進行平面處理；

B.新舊路基存在連續性；

C.新舊路基的標高是一致的，路面各層結構中采用各相同性的彈性材料；

D.新道路加寬之后與舊道路之間是連續的，這樣保證力學性能完整性，路面設計計算。

(1)

(2)

rr(σpra+σtra)≤fr

(3)

注釋：σpra,σpsa代表瀝青加鋪層下結構在臨界狀態下的荷載疲勞應力與標準荷載應力，單位是MPa。σpa表示無瀝青加鋪結構在臨界狀態下標準軸載應力。ha是瀝青鋪設的厚度，ξ是荷載應力折算系數。σtra表示瀝青鋪設層結構在臨界位置的溫度疲勞應力，σtr,σtm是無瀝青加鋪層狀態下結構臨界狀態對應的溫度疲勞應力與最大溫度應力，ξ是溫度應力折算系數。以公式3的含義是舊混凝土的結構荷載疲勞應力與溫度應力之和應小于設計預定可靠性水平極限狀態表達式。

2.2 模型分析

如圖1所示，加寬路面前后的結構，舊路面對應的結構厚度為80 cm，加寬后路面結構的厚度為89 cm。地基采用粉噴樁形式，樁型為圓柱形，長度為10 m，間距為3 m，樁徑為60 cm。

圖1 加寬前后路面結構示意圖

2.3 路面加寬后的性能分析

根據上述的加寬方案，平整度工程檢測，通過結合《公路路基施工技術方案》(JTGF10-2006)，用5 m的直尺采用抽樣法對路基的平整度和壓實度進行檢測。其結果如下：

通過表3所示，檢測結果發現，本方案的施工完成后其平整度達到8.5，滿足規范的要求，經過該方案設計施工，加寬路面平整度良好。同時在加寬路面完成之后。其壓實度也能滿足設計要求，加寬路基密實性優良。路面結構附加應力分析。根據公式(1)、(2)、(3)得知，只有結構的附加應力小于設計結構極限容許應力時，路面結構才處于穩定的狀態。對結構的力學性能進行分析得知：改性瀝青瑪脂碎石、中粒式改性瀝青混凝土、粗粒式瀝青混凝土、密集配瀝青穩定碎石、水泥粉煤灰碎石、低劑量水泥穩定碎石的容許應力值σ分別為：0.47，0.30，0.23，0.23，0.18，0.12。由于新舊路面層的材料不同，引起容許盈利不同，存在設計強度發揮率與應力控制層兩個概念。由于道路結構層在力學性能上的遷都利用率，數值等于結構附加應力與容許應力的比值。應力控制層是設計強度發揮率最高值對應的結構。因此根據上論述結合設計得出圖2左，發現：絕大部分的結構層面對應的強度發揮率都是大于1的，表明結構層附加應力大于超出容許應力。只有在距離道路中心線5 m的距離位置，結構層強度發揮率小于1。ATB對應的強度發揮率最大，對應的材料為低劑量水泥穩定層，也就是應力控制層。處理后的結構附加層應力分析。道路施工結束運營一段時間后，對路面進行檢測。

表3 加寬路面檢測結果

圖2 加寬路面前后強度應力分析

如圖2所示，從中發現新加寬的道路沉降的原因基本是由于拉應力的存在且附件應力的數值在明顯減弱，其中在中線的位置拉應力最小。同時處理后的路面結構層遷都發揮率的數值均小于1，對應的含義是結構附加應力值小于結構容許應力值。同樣路面底基層對應的強度發揮率仍然路面底基層，對應的路面結構材料是低劑量水泥穩定碎石。

3 結 論

高速公路加寬是公路改造中重要的施工類型，其中新舊路面拼接應力分析及其不均勻沉降引起裂縫出現是其施工過程的重點難點。本文根據其地勘資料對某段高速公路進行加寬設計，研究結果顯示路面底基層具有良好強度發揮率，對應的結構層是低劑量水泥穩定碎石，所設計的加寬方案及其材料的物理性能能夠滿足強度要求，降低了新舊道路不均勻沉降的風險。