高速公路扩建工程差异沉降控制

郭 华

（平顶山市公路管理局 直属分局，河南 平顶山 467000）

0 引言

经过扩建的公路在使用一段时间后会在新老接触部分发生开裂现象，加上雨水渗透和车辆反复作用很容易就会发生路面结构的破坏。这部分裂缝产生的原因主要是新老公路的拼接荷载的作用，在两路基之间产生了不均匀沉降，高速公路扩建工程中如果不对这一问题引起重视，将会造成路面的断裂，影响公路的正常使用，带来行车安全隐患。

目前，我国对于高速公路扩建工程中，技术控制主要采用加强新旧路基的结合、提高新路基的承载力、应用土工合成材料、控制填料以及压实度几个方面，为了加强新旧路基的结合，在路基处理时采用台阶开挖的方式，增加新旧路基结合。为了节约造价，提高新路基的承载力也只是在局部桥头等路段使用，在普通路基段只做一般的冲击碾压处理。土工合成材料使用较多的是土工格栅和土工布的使用。在填料上，主要采用透水性好、轻质的材料，减少渗水对路基的软化作用，减少重量降低新路基的沉降量，但同样，这种材料价格较高，使用不广泛。虽然经过个中措施的处理，经过调查发现，仍然不能避免在结合处出现开裂现象。

1 扩建出裂缝产生的机理分析

1.1 不均匀沉降引起的裂缝

路基的沉降可以分为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降。瞬时沉降在体积变化不大、不排水的情况下，由剪应变引起。通常瞬时沉降较小，对新旧路基的沉降差异没太大影响。而固结沉降是沉降差异产生的主要部分，土的骨架发生压缩变形和剪切变形。次固结沉降是在有效应力保持稳定情况下，土体发生蠕变引起的，作用时间长，但引起的沉降差异较小。

新旧路基由于填筑时间不同，其沉降速率和沉降量也明显不同，在交接处存在应力集中和应力突变现象。在弯拉应力增大超过结合面强度时，就会在结合处错台开裂。新填路基在重力的作用下会发生侧向移动，带动上面填土的侧向位移，加速填土沉降，这样在结合处就会出现横向和竖向的移动，既是当时修建时处理较好，但路基沉降固结是一个长期的过程，新路基修建好后，要经过一个较长时间的次固结过程，最终造成一定的沉降差异。

1.2 机械原因引起的裂缝

在扩建施工时，由于碾压机械的特点，可能会导致在新老交接处有一部分路基无法碾压到，路面基层的不平滑立面也会影响压路机在边缘碾压。在这些位置，既是采用其他压实措施，材料的压实度可能也达不到预想的要求，和其他正常碾压部分有一定的区别。从而造成了结合部的基层强度较低，引起路面的裂缝产生。

1.3 新建基层收缩导致的裂缝

新建基层在温度的影响下会有较大的变形，特别是低温状态下，基层材料会向自身的中心点方向产生收缩，在结合部位产生裂缝，高温时裂缝又会因为部分收缩恢复变小，在温度循环下，最终导致裂缝永久产生。

另外在施工过程中，如果没有封闭交通，老路面上的车辆通行引起的振动荷载也会就一步加速裂缝的产生。

2 沉降差异的控制措施

2.1 开挖台阶和边坡削坡

通过对老路边坡一定深度的表层植物土进行清除，在交接处采用开挖台阶的方式，可以方便下层软基的处理，增大新旧的接触面积，从而增大结合部位的摩阻力和抗剪能力，必要时在台阶上加设土工格栅，并提供一定的锚固长度，在削坡时要保证路基的稳定性不受影响。

通常采用工序是小进行削坡，然后开挖台阶，台阶的宽度越大、高度越小路基的沉降量和水平位移会越小，台阶尺寸一般控制在高度80cm以内，宽度在60～200cm，根据边坡坡度具体确定。台阶的内倾角要保证较大的嵌锁作用，一般在2%～4%，在设置中还要考虑施工环境，例如存在内倾角时不利于压实效果，雨期不利于排水，路基边坡坡度较大时，破坏不是接触面的水平滑移，而是圆弧的滑移线。

2.2 加强新建路基的承载力

新建路基的固结度明显比老路堤低很多，这也是不均匀沉降存在的主要原因，在扩建工程中要加强新建路基的处理，尽可能的使新老路基处于一个结合良好的整体。针对地质情况的不同，路基处理时要采取不同的措施。

一般路基，路基填料主要为粘土，强度低，可以进行冲击压实，增加压实遍数，在上面加铺一层碎石垫层，在桥头部位还可以采用CFG桩和碎石层处理。在垫层和碎石层上再均铺高强土工格室。

对于软土地基，要提高软土的压缩量，减小路堤本身荷载，同时保证路堤的边坡稳定性以及本身的强度和变形，常用的方法有复合地基法、轻质路堤法、排水预压法以及隔离墙等。而新型轻质路堤法，采用轻质粉煤灰、EPS块体、轻量混合土等具有较好的效果，粉煤灰抗剪强度会随着时间增强，EPS块体在成型过程中形成封闭均匀的空腔，具有较高的强度，轻量混合土则有着较轻的自重，并且价格便宜，可以通过外加剂调节其强度。气泡混合土还有较好的流动性和自立性。

2.3 土工合成材料在扩建工程中应用

土工合成材料可以有效的减少路堤的不均匀沉降，使用较多的是土工格栅以及土工格室，可以使新旧路基的整体性提高，增加路基的承载力，降低路堤自重引起的水平位移和水平应力，从而防止路面的开裂。土工合成材料的主要性能指标是其本身刚度，刚度越大，作用效果越明显。土工格栅的变形模量大，抗拉强度高，和土体之间有较大的摩擦系数。土工格室具有耐老化性、耐腐蚀性、力学性能好,是一种应用范围广泛的材料，可用于与边坡防护、挡土墙、河道治理、堤坝工程以及城市排水管道等工程。

2.4 控制路基填料和压实度

路基填料最好采用压缩性低、水稳定好的填料，以砂石填料为宜，保证土的含水率接近最佳含水率，含水量过大时可以掺加石灰、粉煤灰等材料。不能采用液限大于50%、塑性指数大于26的细粒土。在路基基底要清除30cm，并换填50cm的碎石垫层进行冲击碾压。压实度控制上，要满足路基上部的承载力和路基下部的固结变形，但过高的压实度可能导致单价的增加，延长工期，对质量产生一定的副作用，所以根据土质和实际工作状况，压实度应满足相应标准要求。

3 扩建工程差异沉降的控制指标

对于高速公路扩建工程，新旧路面结合处不论采用怎样的措施，都不可避免的会产生一定的沉降差异，所以允许扩建路面结合处沉降的范围，不影响公路的正常使用具有重要的意义。

国外对沉降差异的允许值相对较大，只是在相邻结构物上对沉降差进行严格限制，对于产生的沉降主要放在后期养护上解决，虽然在施工时要求降低很多，但对以后的养护和运营留下太大压力。我国普遍存在的现象是重建设轻养护，在管理和运营水平不高的情况下借鉴国外的这种方式显然是不可行的。对于沉降差的控制认为从纵坡、横坡以及平整度三方面考虑，要求沉降差建议不能超过0.4%。根据路表面最大应力的产生引起路面裂缝的原理，高速公路的路表沉降差异建议不能超过2cm。

目前，对于扩建的新老路基沉降差控制还没有成熟的理论和标准，所以研究不同的沉降差异对路面正常使用性能的影响具有重大的意义。

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