高速公路擴建路基差異性沉降分析與控制措施

張天佑

（重慶甲多公路設計咨詢有限公司，重慶 400039）

1 引言

我國在高速公路的建設上起步較晚，近20a 才開始步入大規模建設階段。回顧我國近20a 高速公路發展史，高速公路的總里程數迅猛增長、高速公路的修筑技術飛速進步，已經步入國際一流。同時，公路交通網不斷豐富。為了滿足日益發展的交通需求，高速公路擴建工程逐漸走入我們的視野。但由于我國高速公路在傳統的初始設計時并未對未來交通量做出正確預測，因此并未預計到高速公路擴建時代的到來。但在逐漸開展的高速公路擴建過程中，工程人員逐漸發現，高速公路的擴建比起新筑高速公路更加困難。相比西方國家在規劃設計高速公路時，都設計了較寬的中央分隔帶，在日后擴建時僅需要將中央分隔帶改建便可達到滿足交通需求的目的。相比之下，我國的高速公路擴建一般在原有高速公路的基礎上，向兩側或某一側拓寬。這勢必就會造成不論是使用年限、路基設計材料、施工工藝等方面，新建道路和原有道路之間存在差異，這些都很容易導致新老路基之間的不均勻沉降，這也是擴建完成的高速公路最常遇到的問題。因此，研究高速公路擴建路基差異性沉降分析與控制措施具有十分重要的工程意義【1】。

2 新舊路基差異沉降發生機理

高速公路的使用過程中，舊路基在繁重的交通荷載和自重應力作用下，經過多年的固結變形，已經基本達到了最初設計時最終沉降設計量，后續僅會發生徐變變形。新擴建的路基建成年限短，即使地基處理足夠充分，但固結時間不足，地基也未經過行車荷載的作用，因此，在理論上不可能實現新老路基的同步變形。所以無論采用何種措施，理論上新舊路基之間必然會產生不均勻沉降變形。

在對舊路基進行加寬后，經常會出現新老路基結合部位沉降量不一致的情況，特別是新填筑的路基工后沉降大，老路基已經完成工后沉降，這是道路不均勻沉降產生的主要原因。尤其是在軟土地基中，地基的排水固接時間長，施工過程中難以達到預期地基固結水平，同時施工壓實不均也是后續建成后運營養護困難的重要原因。通常，軟土地基上修筑的高速公路經過5a 以上的運營都基本完成了固結沉降，在附加應力擴散的影響下，老路基周邊地基土也會有一定固結，但固結程度遠遠不夠，若在老路基邊坡上直接進行擴建，新路基在后續的汽車荷載影響下，必然會造成舊路的附加沉降增大和新地基的固結沉降。其次，新路基與老路基的強度不同，這給高速公路拓寬整體設計造成很大困難。特別是在軟土地基路段。所以，降低不均勻沉降的關鍵在于對軟土地基、新建路基以及新老路結合處進行加固處理。在實際設計和施工時，僅需要將不均勻沉降控制在較小范圍內，就可有效減少公路病害的產生【2】。

3 新舊路基結合段的施工要點

處理好新老路基拼接部分是降低銜接部分差異沉降最有效的方式，通過良好的結合部處理，可以有效地減少后續建成后高速公路縱向裂縫的產生，提高高速公路拓寬工程整體質量。通常可以采取以下方式進行處理：

1）挖除老路基加寬側邊坡坡面約30cm 厚的表面填土，同時在原路基的硬路肩與土路肩交接處開始向下挖除原路基填土，開挖坡率按照 1∶1 即可。

2）若老路基開挖后發現，老路基銜接部分土含水量過大，則需要將路基土翻起進行晾曬，處理后再填筑。施工單位要按照設計要求將舊路加寬的一側邊坡開挖臺階，臺階地面要挖出2%～4%的縱坡。新路基采用分層填筑，碾壓層數要盡量多，保證每層碾壓時松鋪厚度小于30cm，并嚴格施工，保證碾壓的壓實度。在雙側拓寬的條件下，可以采用雙側同時開挖的辦法，保證老路基的均勻受力，同時保證兩側碾壓盡量同步。

3）當原路基拓寬的同時還要抬高時，除了要對舊路邊坡進行開挖和分層填筑外，還要在加寬部分鋪填至舊路基高度時，對全斷面的加高部分做整體的分層壓實和填筑。

4）在路基鋪筑的過程中要分段鋪筑且縱向銜接部分要采用層間咬合和錯縫搭接的方式進行，這種做法的優勢在于可以有效避免層間通縫的出現。施工過程中經常會出現工期緊、多段同時鋪筑的情況，很容易出現進度不統一，此時可以通過階梯法施工，在一個工段完成后繼續填下一層，在多段端頭留下一部分不填筑，便于連接時的錯縫搭接。

5）為了保證銜接處的整體性，可以在臺階處鋪設土工格柵，并通過U 型釘固定土工格柵。

6）新路基每填筑施工完成4 層后，要在全寬路基上使用沖擊碾壓，碾壓行進速度要小于12km/h，若路段無法進行沖擊碾壓，需要在路基頂面的接縫處進行強夯處理，以進一步達到新老路基的良好連接。

4 不均勻沉降處治措施及案例分析

4.1 工程概況

筆者以某高速公路改擴建項目為工程依托，路線全長約28km，地基土存在大范圍軟土，該路段目前交通量遠大于設計預測交通量。與此同時，該高速公路在擴建規劃時采用不同路段、不同拓寬寬度的規劃，根據實際交通情況分別對不同路段采用6 車道和8 車道擴建方案。且該高速部分路段的地形地貌為巖質邊坡深路塹，若采用整體拼接的方式直接加寬，實際操作困難，造價高。因此，在這些部分采用了分離路基擴建的方案【3】。

4.2 新舊路基不均勻沉降處治措施

4.2.1 做好軟基處治方案

對于高速公路加寬部分的路基，其軟土地基段位于整個改擴建項目的關鍵節點，要根據實際的施工速度、地質情況、結構物類型、路基填筑高度來確定地基處理方案。充分利用復合地基理論，利用多種排水方式加快地基固結排水過程，減小地基處理成本。通常，針對軟土地區不同的地質條件，該高速公路擴建工程有針對性地采用了表1 所示措施進行處理。

表1 不同地質條件軟土的處理措施

4.2.2 加強對低填路基的處理

該高速公路所在區域降雨十分豐富，要保證路面施工時含水量處于正常水平，不能潮濕甚至過濕，對低于1.7m 填筑高度的路段，使用了換填等措施綜合防治。具體措施如下：（1）在地下水含量豐富的路段，要依據地勢在道路兩側設置盲溝，同時保證盲溝和道路碎石墊層的聯系；（2）換填的填料選用碎石土，但同時要保證填料的粒徑不大于10cm；（3）換填墊層的底部通過夯實工藝進一步加強；（4）路面結構層下部換填80cm 碎石土。

4.2.3 使用高性能壓路機多遍壓實補強新舊路基結合部強度

在橋臺后、陡斜坡路段采用性能好的壓路機進行壓實補充，其目的是在要求的壓實度基礎上進一步強化壓實效果，通常采用的機械包括：沖擊式壓路機和液壓式壓路機2 類。

5 結語

本文從高速公路拓寬工程新舊路基間的不均勻沉降產生機理出發，對公路拓寬工程施工過程中需要注意的要點進行了論述，并結合某工程實例提出了常見的新舊路基差異沉降控制措施（軟基處理、加強排水、夯實等），研究成果不僅可以推動我國公路工程建設水平的發展，還可為類似的高速公路改擴建工程建設提供一定的理論指導。