高速公路改擴建新舊路面拼接實施方案探討

摘要：文章結合柳南高速公路改擴建工程，從分析舊路面結構特點出發，提出與之適宜的拼寬路面設計方案，并結合試驗段施工發現的技術問題，對拼接方案進行了比選探討，在確定能充分兼顧質量安全和施工便利的指導性方案基礎上，列舉了典型路段的設計變更案例，以期為同類型改擴建工程提供技術參考，促進高速公路改擴建工程的創新發展。

關鍵詞：高速公路改擴建；路面拼接；臺階切割；楔形塊；混凝土現澆帶；橫向調坡

U416.05A030093

0 引言

高速公路擴建常常需要進行拼寬設計，如何結合路線線型設計路面結構層的拼寬方案是每一個改擴建工程都要面對的問題。對于分離式路基可采用完全新建方式，但大部分受用地、原有結構物等因素制約的路段，須采用對新舊路面結合部綜合處置后拼寬的方式。本文結合柳南高速公路改擴建工程，從分析舊路面結構特點出發，提出與之適宜的拼寬路面設計方案，并結合試驗段施工發現的技術問題，對拼接方案進行了比選探討。

1 工程概況

柳州至南寧高速公路是國家“7918”高速公路網泉州至南寧的重要組成部分，是廣西交通量最大的高速公路。通車近二十年來，由于交通量增長迅速、車輛超載嚴重，本段道路的水泥混凝土路面陸續出現一系列病害類型，主要有路面裂縫（板角斷裂、交叉裂縫、斷板）、板底脫空、路面坑洞、縮（脹）縫填縫料老化、開裂、錯臺、唧泥等。雖然有定期開展路面大中修養護，針對上述病害實施了換板或灌漿處理，但截至本次改擴建實施前路面病害仍比較多，混凝土面板檢測脫空率為28.7%，路面舒適性較差，使用性能指數PQI有90%的路段評定在“良”以下［1］。在處治這些病害的基礎上，近年又在水泥混凝土面板上實施了“白改黑”改造，加鋪的瀝青混凝土面層總厚度從12 cm到14 cm不等，加鋪后路面破損狀況和路面行駛質量總體處于優等水平，車轍和抗滑性能總體處于優良水平，但衰減較為迅速，預測車轍深度年平均增加0.7 mm，抗滑性能年平均約衰減3%～4%。因此，本次改擴建的路面拼接需在考慮以上所有因素的情況下進行針對性設計。

2 新舊拼接路面的結構設計方案

2.1 舊路的路面結構設計

舊柳南高速公路的建設標準為雙向四車道高速公路，行車道和硬路肩采用同種結構類型，即24 cm水泥混凝土面層+1 cm瀝青石屑下封層+20 cm二灰穩定碎石基層+16 cm級配碎石底基層（地下水位較高的路基中濕、潮濕路段則分別為18 cm、20 cm級配碎石底基層），實施“白改黑”加鋪的瀝青混凝土各層厚度分別為（3.5～4） cm SMA-13改性瀝青上面層+（7～8） cm AC-25改性瀝青下面層+（1.5～2） cm AC-5瀝青混凝土調平層。

2.2 新建拼寬部位的路面結構設計

根據初設部批意見，柳南高速公路將整體改造為雙向八車道高速公路，除少數分離式路基段采用復合式路面外，其他大部分兩側整體拼寬路段為半剛性基層瀝青混凝土路面。具體結構設計形式見圖1。

3 拼接處理原設計方案

考慮保通需要，將28 m路基路面拼接縫設置在第三、四車道分界處（對于設置加減速車道的互通主線段為老路行車道與加寬車道分界處），3.75 m的硬路肩由于路面狀況良好，考慮經濟、環保、交通組織等多方面因素，對有較大沉陷等病害的硬路肩范圍進行補充注漿處理后，保留舊路硬路肩作為第三車道，具體見下頁圖2。

對于24.5 m、26 m路面，由于硬路肩寬度僅為2.75 m，考慮施工便利性，全部挖除老路硬路肩，將拼接縫設置在二、三車道標線處，具體見圖3：

為避免拼接縫從上到下貫穿造成路面迅速出現反射裂縫，需在新舊路面各結構層設置臺階過渡，根據國內其他改擴建項目的成功經驗，臺階寬度≥35 cm。路面拼接施工首先挖除原有硬路肩范圍水泥板及頂部加鋪瀝青層，拼接時自拼接縫向中央分隔帶一側分別銑刨0.7 m（SMA-13）和0.35 m（AC-20C）寬瀝青面層，并在上、中、下面層臺階處鋪設一層防裂卷材，沿現有水泥面板邊緣右側35 cm處分別開挖基層、底基層及底部路床。由于舊路的級配碎石底基層在拼接處不宜預留成型臺階，因此與基層臺階開挖面一起開挖，受施工中震動影響，基層臺階下也容易出現坍塌和脫空現象，成為薄弱部位。

改擴建設計需對此處進行補強設計，根據《高速公路改擴建設計細則》（JTG/T L11-2014）以及其他高速公路改擴建的經驗做法，設計采用無砂大孔混凝土及混凝土楔形塊現澆對拼接處進行補強處理，同時為了有效延緩和避免拼接部反射裂縫，鋪設1～2 m抗拉強度50 kN以上的玻纖格柵［2］，詳見圖4～5。

4 試驗段的實施反饋及問題分析

混合料目標配合比及標準擊實試驗批復后，施工單位在舊路基較為干燥、病害情況較輕的路段進行了試驗段的切割和拼寬施工，在對拼接處結構層采用人工補料、鋼輪壓路機靜壓、膠輪壓路機靜壓等措施碾壓后，舊路結構層坍塌、脫空區可以有效解決，且結合部已經可以實現臺階切割邊部切線順直、切面平整、未出現啃邊現象和夾心層、壓實度滿足設計要求等［3］。此時，若再反開挖切割結合處水穩層，將會造成邊部松散、無砂大孔混凝土現澆帶形成多個接觸面等不利因素［4］。

同時，對于混凝土面板拼接處的植筋楔形塊，施工單位提出施工不便、上部水泥穩定碎石剩余層厚12 cm不易壓實的實際困難，且在壓實過程中對楔形塊震動造成植筋效果減弱以及對楔形塊被震碎表示擔憂。最終，試驗路段未施工基層、底基層拼接處補強的混凝土楔形塊和無砂大孔混凝土現澆帶，且各項路面驗收指標達到預期，于是施工單位提出取消無砂大孔現澆帶以及植筋楔形塊補強方案。

5 拼接方案的比選優化探討

針對試驗段的實施效果和施工單位所提出的問題，通過各參建方現場核驗和召開專家研討會，陸續進行了三種方案優化的比選探討，以便指導下一階段的大規模路面施工。

方案一：拼接部位保留無砂大孔現澆帶及植筋、優化混凝土楔形塊，將植筋位置上移至舊路混凝土板中部，混凝土楔形塊厚度加大至拼寬基層厚度，呈倒“L”型，長度0.7 m，下部底基層、墊層結合處用無砂大孔混凝土現澆。結構大樣詳見圖6。

方案二：取消無砂大孔現澆帶、保留植筋，優化混凝土楔形塊。將植筋位置上移至舊路混凝土板中部，混凝土楔形塊厚度加大至拼寬基層厚度，呈倒“L”型，長度0.7 m，下部底基層、墊層結合處取消無砂大孔混凝土現澆，結構大樣詳見圖7。

方案三：取消無砂大孔現澆帶以及植筋、優化混凝土楔形塊。將混凝土楔形塊厚度加大至拼寬基層厚度，呈倒“L”型，長度0.7 m，下部底基層、墊層結合處取消無砂大孔混凝土現澆，結構大樣詳見圖8。

根據上述方案說明可知，方案一的施工組織最復雜、繁瑣，方案三施工工序最為簡捷，但方案一對新舊路面拼接部的成型質量最可靠，能最大限度地減少兩側因為路面結構剛度差異而形成的不均勻沉降。同時，設置無砂大孔現澆帶不僅可以保障塌陷區的回填密實度及壓實度，還能加強新老路面排水層的連通，有利于路面的耐久性使用。

方案二、方案三雖然從試驗路段效果反饋結合處的壓實度也可以保障，但局部路段（特別是地下水位高的路

基潮濕路段）的結合處不平整，集料堆積起拱，拼接處因未切割開挖臺階而肉眼可見明顯的裂縫。現場驗收取芯位置偏少，且有的距離拼接處較遠，基層、底基層壓實度檢測點也主要是在拼寬部分內分布，并不能真實反映拼接處的真實壓實質量。若按照方案二、三的結構大面積施工，拼接處質量將難以得到控制和保障。

最終各參建方一致認為，方案二、三由于未設置無砂大孔現澆帶，不能保證拼接處的壓實，同時也無法保證新老路面內部排水暢通，施工控制要求高，存在較大質量風險。最終選擇方案一作為優化后的路面拼接設計通用方案，在此原則性基礎上，指導各具體路段的設計變更。

6 設計變更實施效果

在確定保留無砂大孔現澆帶及植筋、優化混凝土楔形塊方案的指導性意見基礎上，結合各路段舊路基層的含水率、混凝土面板開裂等實際病害情況，陸續開展設計變更，普遍取得了較好的落實效果，下面列舉一處典型實施案例。

5標某路段基層含水率較高，根據原施工方案的老路24 cm水泥板與18 cm二灰碎石之間需分層開挖，形成30 cm寬臺階。現場切割后，發現部分路段的二灰碎石基層經過多年路面間隙水浸泡，已經處于松散狀態，部分甚至已經不成型，開挖容易垮塌。如按原定位置實施，必將在中部留下薄弱部位，給瀝青面層留下早期開裂隱患，因此原方案的無砂大孔現澆帶的位置和尺寸必須調整。

按照方案一的優化原則，既要保證拼接處的壓實，保障塌陷區的回填密實度及壓實度，同時保證新舊路面內部排水暢通。經各方討論后，一致達成調整路面拼接設計圖的具體做法：保留無砂大孔現澆帶，并將其向路中心線內移30 cm，C40現澆混凝土的壓頂寬度由50 cm調整為70 cm，蓋過無砂大孔現澆帶，形成半“工”字型的交錯面受力，帶肋16鋼筋間距由50 cm調整為30 cm，以此來保證拼接處的鏈接性，防止通縫引起的反射裂縫，變更前、后設計圖詳見圖9和后頁圖10。

該路段按照變更方案實施后，工程質量良好，順利通過了交竣工驗收，且至今未出現任何開裂、車轍或排水不暢等公路病害，進一步論證了所選變更方案的合理性，落實了高速公路改擴建高質量發展的要求。

7 結語

通過分析柳南高速公路改擴建路面拼接原設計方案和試驗段實施過程中遇到的技術問題，探討了幾種拼接部位處置的比選方案，確定變更原則大方向后，成功指導多個路段完成施工方案的具體設計變更，進一步拓展了路面拼接應用技術，并針對該類問題歸納了一些實施建議，總結如下：

（1）設計方案不但要質量可靠、安全實用，還須結合現場條件和制約因素綜合考慮，使方案滿足改擴建項目施工操作便捷性的要求。

（2）勘察設計外業調查必須結合既有路基取樣試件的檢測結果進行分析，進一步細化各路段的新老路基拼接方案設計，有效控制新老路基沉降差異，不應采用“一刀切”的方式處理。

（3）設計團隊內部應建立更加順暢高效的溝通機制，特別是路線專業進行平縱橫設計時，應加強與路基路面專業的溝通協調，以提高路面縱、橫向拼接方案的經濟性、可靠性和準確性。

參考文獻：

［1］廣西交通設計集團有限公司.廣西柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴建工程兩階段施工圖設計［Z］.2016.

［2］JTG/T L11-2014，高速公路改擴建設計細則［S］.

［3］劉永興.公路路面擴寬中新老路面拼接的施工問題與對策［J］.西部交通科技，2020（5）：66-67.

［4］何俊輝，王大偉，黃建初.無砂大孔混凝土在高速公路改擴建工程中的應用研究［J］.交通世界，2021（20）：89-91.