软土地区高速公路拓宽工程施工探讨

岳辉 王志强　李剑

【摘 要】既有高速公路拓宽工程与新建高速公路工程就工程施工而言，最大区别有四点：一、既有道路需严格控制新、老道路间不均匀沉降，避免沉降差异过大造成道路破坏；二、加强新、老道路结合部连接性能，保证拓宽道路的整体稳定性。三、既有道路拓宽施工需缜密测量既有道路的实际参数与设计参数进行校核，存在差异及时调整设计及施工方案；四、不中断交通，施工既有道路拓宽工程。

【关键词】软土地区；高速公路；拓宽工程；不均匀沉降；整体稳定性

一、前言

目前我国经济正处于快速发展阶段，私家车的迅速增加，物流业的快速发展均需要方便、快捷、安全、舒适的交通服务。

既有道路的通行能力，行车安全性，舒适性随着道路使用年限的逐渐增加，逐步无法满足日益增长的社会发展需求。既有道路的服务水平呈逐年下降趋势。

土地资源的日益紧张，建设成本的逐年增加，也制约着道路工程建设。

为了满足这些地区交通量增长的需要，对既有道路的扩建、升级显得十分必要。道路拓宽改造既能充分利用原有道路，又能减少建设用地，对经济发达、人口密集、土地紧张的地区显得尤为重要。

随着最初建造的高速公路使用年限越来越长，自2000年以后，国内高速公路拓宽改造工程逐渐增多起来，但总体而言数量较少。

目前，国内高速公路拓宽改造工程施工经验较欠缺。虽然国内现行设计及施工规范对高速公路拓宽工程已有明确要求，但对于平原软土地区而言，总体适用性不强，深度和广度也远远不够。

长江三角洲地区是国内经济最发达，人口密度最大，土地资源最稀缺，汽车保有量最大，物流业最繁忙，高速公路建设最早的地区。该地区最早建设的高速公路至今已有20余年历史。

作者通过在长江三角洲地区高速公路拓宽施工的亲身经历，归纳、总结了软土地区高速公路拓宽施工的特点及施工注意事项等。希望通过本文介绍，能够让更多的相关从业者了解高速公路拓宽工程，为今后同类工程的设计、施工起到一定的帮助作用。

二、工程特点

既有高速公路拓宽工程与新建高速公路工程就工程施工而言，最大区别有四点：一、既有道路需严格控制新、老道路间不均匀沉降，避免沉降差异过大造成道路破坏；二、加强新、老道路结合部连接性能，保证拓宽道路的整体稳定性。三、既有道路拓宽施工需缜密测量既有道路的实际参数与设计参数进行校核，出现差异及时调整设计及施工方案；四、不中断交通施工既有道路拓宽工程。

（一）不均匀沉降控制

既有道路在经过长时间的运营后，道路沉降基本完成。拓宽道路中新拼接部分存在着较大的工后沉降，软土地区尤为严重。两者之间的沉降差异过大易造成道路破坏。破坏形式表现为，沿道路拼接部位1～2m范围内出现路面纵向裂缝。

拓宽道路的工后沉降控制，是该类工程设计、施工的关键和重点。

1、荷载预压

荷载预压是目前道路设计、施工中最常用到的降低工后沉降方法。该方法对于工后沉降量较大的路段，在路基施工完成前，对道路施加堆土预压，使其提前发生沉降变形，从而起到降低工后沉降的效果，预压期达到数月甚至十几月。

大多数拓宽高速公路受既有道路车辆通行影响，无法满足长期预压的条件。

2、地基沉降控制

为了减小道路地基沉降量，可采用多种地基处理方式，但需兼顾对既有道路的保护且方便施工，经济性能好。

目前多选用静压混凝土管桩，长螺旋素混凝土桩，长螺旋水泥搅拌桩，高压旋喷桩等处理形式，并大多在桩顶设置桩帽、垫层等，使桩基与桩间土形成复合地基，承载上部荷载，减小地基沉降量。

对于承载力、沉降量要求较高的路段，大多采用静压混凝土管桩+钢筋混凝土桩帽+加筋碎石垫层复合地基处理。

对于边坡、坡脚等大型静压桩机不便于作业的部位，多采用长螺旋素混凝土桩+钢筋混凝土桩帽+加筋碎石垫层复合地基处理。

对于承载力要求较低的路段，大多采用长螺旋水泥搅拌桩+石灰稳定土垫层复合地基处理。

对于净空较小，不便于较高设备作业的路段，大多采用高压旋喷桩+石灰稳定土垫层复合地基处理。

上述地基处理方式具有以下特点：一、施工振动小，有利于施工期间保持既有道路的稳定和车辆通行安全；二、施工速度快；三、经济性能好；四、特殊部位选用施工工艺合理。

拓宽道路地基加固处理后，能够有效提高地基承载力，有效降低地基变形，达到降低道路工后沉降的要求。

3、填料沉降控制

长江三角洲地区，路基填料大多采用素土及石灰稳定土填料。该类填料相对于石方填料，需要的稳定周期长，压缩变形大，受雨水影响严重。如何使路基填料变形提前发生，减小道路工后沉降量是设计、施工中重点考虑的问题。

目前多采用提高路基各结构层压实度的方法降低填料工后沉降。新建高速公路路基压实度，依据规范要求为：路床96%，上路堤94%，下路堤93%。而通常将拓宽高速公路路基压实度调整为：路床96%，上路堤96%，下路堤94%。拓宽道路在提高路堤压实度后，使绝大部分路基填料变形在施工过程中产生，减小了填料工后变形，从而降低了道路的工后沉降。

（二）整体稳定性保证

拓宽道路因拼接填料与原道路填料特性不同，拼接部分地基沉降量较大等因素影响，易出现拼接道路失稳现象。为了加强拓宽道路整体稳定性，需增强新老填料间的连接性能，防止拓宽道路不均匀沉降造成道路失稳破坏。

1、拆除稳定性差的填料

既有道路边坡、路肩、护坡道位置填料，因雨水长期侵蚀，道路排水不畅，植物生长等因素影响，承载能力出现明显下降趋势。该位置填料直接用于拓宽道路，将严重影响道路整体稳定性。通常将上述位置挖除，挖除深度30cm。

2、设置拼接台阶

既有道路边坡及路面结构层开挖台阶，能够增加拼接面接触面积，并使拼接道路新填料置于既有道路填料上方，降低道路拼接处滑剪破坏能力，增加拓宽道路整体稳定性。既有道路边坡设置台阶宽度通常在1～3m之间，台阶设置宽度、高度应满足既有道路通车稳定性要求。既有道路路面结构层设置台阶宽度通常在0.2～1m之间，台阶设置宽度满足经济性及受力要求，台阶设置高度满足机械摊铺、碾压要求。

3、设置连接筋

为了加强道路拼接部位的连接性能，在既有道路边坡开挖台阶顶面至拼宽路基范围内设置双向土工格栅，加强拼宽新老路基间的连接性能，提高道路整体稳定性。在既有道路路面结构层铣刨台阶顶面至拼宽路面内设置聚酯玻纤布和玻纤格栅，提高新老道路路面结构层的连接能力，提高路面结构层整体稳定性。

4、设置半刚性板块

为了防止拓宽道路在车载作用和不均匀沉降作用下，沿路基顶部拼接面出现破坏。在路床施工完成后，沿新老道路拼接面向下翻挖20cm路床，向新老道路各延伸1.5～3m，掺水泥压实补强，使拼接处路床顶面形成厚20cm，宽3～6m的半刚性板块与路面半刚性基层、底基层共同作用，分散车辆向下集中荷载，防止路床沿道路拼接面最先破坏，从而造成拼接道路的整体破坏、失稳。

（三）实测校核

既有道路最初设计参数，因施工误差，长期沉降、道路养护等因素影响，导致道路纵、平曲线，路面横坡，结构物交角，结构层厚度，结构物高程等参数产生不同程度变化。

道路拓宽工程设计阶段较为全面的进行既有道路参数调查，并依据调查结果进行拓宽设计。但设计调查过程中会存在纰漏及错误。这些设计纰漏及错误有时会造成较为严重的后果，导致建设成本增加，建设工期延长。为了避免既有道路实际参数与设计参数之间出现差异，需要施工企业在工程施工前全面、仔细的调查既有道路实际参数，并与设计参数进行比对，发现问题及时调整设计、施工方案。

4、交通影响

既有道路拓宽改造最重要原因是通行车辆急剧增加，道路服务水平无法满足车辆通行需求。若长时间中断交通进行道路拓宽施工，将会严重影响区域交通状况。通常既有道路拓宽施工在车辆通行的环境下进行。

既有高速公路在不中断交通的环境下进行施工组织与新建道路施工组织有着较大差异。

（1）保通设施

工程施工影响既有道路通行安全，需设置较多隔离、警示、安全设施；安排较多人员、车辆、设备进行安全、保通维护。

（2）施工组织

拓宽道路施工组织需满足既有道路交通转换安排，工程施工中存在部分工期短，任务重的工程；也存在部分工期长，任务轻的工程；还有大量无法连续施工工程。拓宽高速公路施工计划及施工组织必须以既有道路整体交通转换安排为依据。

三、施工注意事项

拓宽高速公路与常规道路在施工环境，施工方案等方面均存在差异，具有一定的独特性，需要多加注意。

（一）前期调查工作量大

道路拓宽工程施工前，对既有道路的全面调查、测量工作，是复核设计结果，查找设计存在问题，及时调整设计、施工方案的重要阶段。该项内容涉及到，施工道路高程、平曲线、施工宽度、结构物位置、结构物交角甚至结构物形式等一系列问题的调整。需要施工企业投入较多的人力资源进行调查并与设计参数进行校核。该项工作是施工准备的重要内容之一。

（二）保通工作量大

高速公路拓宽施工，对既有道路车辆通行产生影响。为了保证通行车辆安全行驶，需要投入大量的隔离、警示、提醒、安全设施，需要投入较多的人力资源，从事交通安全的疏导、管理工作以及交通安全设施的施工作业，且投入时间较长。

（三）场内运距增加

高速公路拓宽施工，受既有道路车辆通行影响，拓宽道路左右幅之间无法横向联通。所有施工设备、人员及建设材料均需绕行才能往来于拓宽道路左右幅，增加了场内运距距离。

（四）施工便道数量大

高速公路拓宽施工，受既有道路车辆通行影响，拓宽道路左右幅之间无法横向联通，需要在拓宽道路左右幅均设置施工便道，造成施工便道长度增加。施工便道设置路线需要穿过既有道路两侧防护林甚至既有道路取土坑，增加了施工便道的设置费用。

（五）原地面清表深度大

既有道路经过多年运营，道路两侧防护林粗壮，根系发达，数量多。树木挖出后，地面出现大量洞穴。

既有道路两侧排水系统，清除后形成一道矩形沟槽。

既有道路排水系统不畅，道路两侧存在积水，地基软弱。挖除软弱地基后地表高程下降明显。

既有道路两侧广告牌、标志牌基础挖除后，形成较大坑穴。

上述多种原因造成，拓宽道路原地面清表深度大。若设计清表深度按照常规深度计算工程量，则造成施工企业损失。

（六）路堤压实标准提高

高速公路拓宽工程路堤压实度比新建高速公路压实度标准提高。上路堤压实度由94%提高至96%，下路堤压实度由93%提高至94%，施工费用相应增加。

（七）静压管桩布设不合理

目前国内市场静压管桩施工多采用中心抱压或顶压形式，设备体积庞大。

拓宽道路静压管桩设置示意图

从拓宽道路设计角度出发，既有道路边坡开挖台阶立面处剪切应力最大，需在下方设置桩基础加固。部分设计图纸在该处设置静压管桩。工程施工中，大多数设备无法在该部位作业。建议将既有道路边坡台阶立面及台阶立面附近管桩设置为长螺旋素混凝土桩，能够满足工程施工需要。

（八）雨水影响严重

拓宽道路路基施工受雨水影响大于新建路基。降雨时，既有道路路面雨水沿横坡流向外侧拼宽路基，拼宽路基受雨水冲刷严重。

国内部分拓宽道路设计方案采用在既有道路边坡台阶角隅处设置内倾横坡，以增加新老路基结合面的嵌锁作用。但台阶内倾横坡造成雨后积水，雨水长期浸泡新老路基结合面，对工程质量影响严重。

拓宽路基滑移示意图

通常拓宽路基的失稳破坏出现在新拼宽路基一侧，如上图。因此，可在设计或施工时，将老路边坡开挖台阶设置成外倾横坡，以方便雨水排出，外倾横坡不宜大于3%，同时也方便台阶角隅处的填料压实。

（九）设计参数与既有道路不符

拓宽道路设计参数常出现与既有道路实际参数不相符的情况。

纵断面高程不符，通常偏差在0～50cm范围内。道路中心线不符，通常偏差在0～35cm范围内。结构物交角不符，0～5度范围内。

上述情况在工程施工前若未能及时发现，在施工过程中再予以纠正将付出一定的代价，结构物偏差尤为严重。

（十）路面横坡影响结构物设置

目前国内高速公路拓宽工程，通常由4车道拓宽至8车道，大于8车道高速公路尚未出现。原因主要有三点，一、10车道高速公路，目前国内规范尚无统一标准；二、道路宽度过大，造成路面排水困难，雨后行车安全性能降低较大；三、受路面横坡影响，道路拓宽过大影响横向结构物设置。

拓宽明通路面结构不足示意图

第三点在工程施工中需加以注意。工程施工前，应对既有道路所有明通及分离式立交进行高程测量并与设计参数进行检验，确保明通顶部具有足够的路面结构层，确保分离式立交桥下净空满足通车需要。

（十一）桥区地质条件复杂

拓宽桥梁施工范围内表层地质情况与设计图纸差异较大。造成桥区表层地质条件差异的原因如下。

既有桥梁施工时，在桥区附近开挖泥浆池，设置预制场，填埋建筑、生活垃圾，填埋废弃桩头、混凝土等。既有桥梁施工结束后，对原地面进行恢复，掩盖了施工时的现场情况。

（十二）结构物形式特殊

目前国内高速公路拓宽工程，基本上是对上世纪90年代建设的道路进行拓宽。许多较为特殊的结构形式，目前已经很少使用。在工程拓宽设计时，为了追求结构物的统一性，新老结构物设计为同一类型。

（十三）车辆通行影响结构物连接

道路拓宽施工在不中断交通的条件下进行。既有道路车辆通行产生的振动，影响混凝土结构物拼接质量。严重时可造成拼接混凝土松散，混凝土出现裂缝，影响工程质量。

建议新老结构物连接部位采用微膨胀混凝土；中断既有道路半幅交通，进行该半幅结构物连接作业。避免拼宽结构物连接部位出现质量问题。

（十四）施工组织难度大

高速公路拓宽工程施工组织及施工进度受制于既有道路保通要求。施工组织及施工计划安排应满足既有道路车辆通行要求，阶段时间内会出现资源集中投入的情况，造成一定程度的施工成本增加。

四、结束语

随着汽车保有量的快速增加，道路拓宽改造工程会越来越多。希望通过本文的介绍能让相关从业者对软土地区高速公路拓宽工程有一定的了解和帮助。

参考文献：

[1] 谢家全.吴赞平.沪宁高速公路江苏段扩建工程论文集[J].北京：人民交通出版社.2008.10；

[2] 张蕴杰.凌建明.软土地区高速公路拓宽工程理论与实践[J].北京：人民交通出版社.2010.3。