高速公路拓宽中的差异沉降控制技术探析

史建峰

(山西路桥第一工程有限公司，山西太原 030006)

近年来，我国公路建设突飞猛进，高速公路从无到有。到2012年年底，我国高速公路通车总里程9.6万km，位居全球第一，为推动现代化建设做出巨大贡献。在桥梁、隧道的建设能力上领先于世界，突破了在沙漠、冻土上修筑道路的世界性难题。但我们必须看到，在高速公路车道数量上，我国还处于起步阶段，车道比较少。随着车辆的增长，通行能力问题逐渐显现。

在我国20世纪90年代修筑的公路中，绝大多数高速公路和一级公路都采用了双向四车道，六车道和八车道的比例很低。随着交通量的迅速增长，原道路交通出现十分拥挤的现象，加上重载、超载车的加入，并形成渠化交通，使原高速公路和一级公路的路面严重损坏，有的已危及交通安全。近年来，我国的很多主干线公路进入改扩建期。

在我国改扩建公路中，对于通行能力超过原设计能力的道路进行拓宽后，由于新旧路基的差异沉降，路面出现的问题主要有:新老路不均匀沉降、拓宽后老路纵向裂缝、拓宽后边坡稳定性等。在高速公路拓宽工程中，差异沉降控制是工程质量控制的重中之重。

1 拓宽公路病害及成因

近年来，我国对部分高速公路进行了改扩建工程，由四车道改扩建为六(八)车道。改扩建公路投入使用后，普遍性的存在着新老路基差异沉降现象，出现了裂缝、错台等病害，降低了行车的舒适度，限制了道路的通行能力，对高速公路的经济效益和社会效益造成了不利影响。

在我国，通过对已拓宽公路病害的调查可以看出，拓宽后投入使用的高速公路，在新老路基结合处且靠近老路部位出现的、以纵向裂缝为主的路面病害是最常见的病害形式。

纵向裂缝产生的最主要因素是新老路基差异沉降。出现差异沉降的原因是多方面的，主要包括:

1)设计原因。在我国，高速公路拼接技术还处于起步阶段，无论是在设计还是施工上，基本上无规范可循，还存在着一些不合适的方面或问题。

2)施工原因。在新老路基结合部位，由于施工工艺比较复杂，施工难度大，施工工艺及质量控制极易导致工后沉降过大。

3)工程地质原因。新旧路面路基存在着土基差，当路面荷载增加后，新老路基底部土基发生的沉降也存在着差异。拼接后的公路投入使用后，由于旧路基的地基基本上已经固结沉降到位，其工后沉降要远小于新路面部分的沉降。

4)路基填料原因。在新老路基的结合部位，路基材质、路面结构的厚度及强度等设计标准各不相同;同时，施工质量也存在着差异，这就使得拼接后的路面难以形成整体性。

5)其他原因。在我国的公路施工中，工程管理不严、抢工期、超载等其他方面的影响也会造成裂缝的产生。

2 高速公路拓宽中的差异沉降控制措施

大量的工程实践表明，在高速公路拓宽工程中，采用合理的工程措施，有效的降低新老路基之间的沉降差，并确保新老路基之间的有效连接是施工质量控制的关键。

在我国的公路拼接工程中，新老路基沉降差异处治的措施主要有:1)采用合适的地基处治方法;2)采用边坡削坡和台阶开挖的方法;3)采用土工合成材料(如土工格室、土工格栅等)处治;4)路堤的压实度控制法;5)采用高强度的路基填料处治等。

1)进行地基处治的方法很多。在我国，常用的地基处治方法有换填碎石法、冲击压实法、以粉喷桩为代表的复合地基法、轻质路堤填料法等。根据地形地质条件，在工程中合理选择合适的处治方法。

2)削坡和台阶开挖(见图1)。在原路边坡进行削坡或开挖台阶，对于提高新老路基之间的整体性具有重要意义。首先，对老路边坡表面的植被土和压实度不足的填土实现有效清除，利于对加宽部分的地基处理。再者，实现新老路路基结合部接触面积有效增加，使得新老路基结合部摩阻力和抗剪能力有效增强。最后，为土工材料在横向台阶面上的铺设提供一个有效的锚固长度。

在施工中，仅在老路堤边坡削坡并不能减少路基的沉降。在工程实践中，很多新老路进行拼接施工时，都是采用先削坡后挖台阶，最后再进行新路基填筑。这对于提高新旧路基的衔接和结合是有利的。

在施工中，必须注意到不恰当的台阶开挖方式或方法极易导致塌方事故的发生。在施工中，特别是交通没有封闭的，开挖时引发的坍塌问题应引起足够的重视。

3)土工合成材料。在高速公路改扩建工程中，将土工合成材料，主要是土工格栅和土工格室应用于路面拓宽中，可以起到很好的拉筋作用，能够有效的加强新旧路基的连接，实现路基水平应力和水平位移的降低，利于提高地基的整体刚度和承载力。

在高速公路扩建工程中，利用土工格栅与土体接触面的摩擦作用及对土体的锁定作用，在新老路基结合部使用可有效的预防差异沉降的产生。

土工格室是一种新型的立体蜂窝状加筋材料。同平面结构的土工格栅等相比，土工格室加筋土的性能更加优越。在横断面上，土工格室的铺设宽度对加筋效果的影响很大(见图2)。土工格室的模量越大，高度越大，降低路基沉降越明显。

图1 台阶开挖与压实

图2 土工格室铺设

4)压实度控制。提高新路基的压实度，利于降低路基自身的压缩变形。但必须注意到，压实度的提高会导致工程成本的增加和工期的延长。按照成本控制的要求，可采用新颁布的路基设计规范中的压实度标准，不必再提高。

5)采用高强度的路基填料等。在安新高速公路改扩建工程第一合同段K1+275.989小桥处，台背进行EPS填筑。

在高速公路拓宽工程中，实现对新老路基的沉降差异的有效控制，这对于提高行车的安全性和舒适度具有重要意义。

3 新旧路面结合部的处理

无论是原有路面还是新建拓宽路面，当受到温度升降影响时其自身都会产生一定的伸缩。

路面结合部特殊处理，工程中主要是采用铺设土工格栅、路面结合部采用小型压路机压实、路面结合部防水处理、路面结合部下部空洞处压浆补强等方式。除上述方法外，还可以采用路面再生工艺，可以更好的提高新旧路面的平整度。

沥青路面冷再生工艺。沥青路面冷再生是采用大功率路面铣刨拌和机将原路面混合料就地铣刨、翻挖、破碎后，再加入稳定剂、水泥、水和骨料就地拌和后铺摊，最后碾压成型的一种新型路面处治技术。

沥青路面热再生工艺。现场热再生是一种就地修复破损路面的过程，通过加热软化路面，铲起路面废料，掺入沥青粘合剂及新的骨料，铺摊后碾压成型。

泡沫沥青再生工艺。泡沫沥青技术出现在1956年，是在高热的沥青中加入少量的水，水急剧气化使沥青大量发泡而产生体积膨胀，这种状态的沥青因为粘度相当低而具有拌和所需的工作性。

泡沫沥青再生与传统热再生性能比较:

1)在泡沫沥青冷再生料中添加了水泥，该混合料兼具柔性和脆性的特征，其抗拉性能处于热拌沥青混合料和半刚性材料之间，劈裂强度在0.41 MPa～0.64 MPa之间，适宜作为高速公路的基层或下面层材料。

2)泡沫沥青混合料的毛体积密度处在2.05 t/m3～2.3 t/m3的范围之间，比热拌沥青混合料的密度小，空隙率处在5.0% ～11.0%的范围之间。

3)泡沫沥青混合料的无侧限抗压强度处在2.3 MPa～4.5 MPa的范围之间，能够很好的满足使用性能要求。

采用泡沫沥青冷再生技术，相比采用其他同等设计使用年限的路面结构，从结构替代节省费用、节省铣刨料运输费用、节约占地费用等方面进行测算，具有明显的经济意义。

4 结语

随着我国交通量的快速增长，公路通行能力问题逐渐显现，我国20世纪修筑的很多高速公路进入了改扩建期。高速公路改扩建工程对我国公路建设者来说，还是一个新的课题，高速公路加宽工程的理论研究明显落后于施工。

在公路拓宽工程中，新旧路基差异沉降控制是保证施工质量的重中之重。加强新老结合处的地基处理，延缓差异沉降;合理进行新旧路面结合部的处治，防止路面发生变形，这对于保证拓宽后路面的正常运行，保证路面的平整度和舒适性具有重要意义。

高速公路进行拓宽，对于缓解我国日益严峻的交通压力，保障交通安全，完善综合运输体系，促进地区经济快速发展，具有重要意义。在我国，六车道及以上的高速公路占总里程的比重很小，高速公路拓宽在我国具有极大的发展及应用前景。

［1］王选仓.中国高速公路扩建及再生技术［Z］.2010.

［2］王选仓.我国高速公路拓宽技术［Z］.2009.

［3］中交集团第二公路工程局.沪宁高速公路拓宽工程路面拼接施工技术简介［Z］.2006.

［4］潘立志，陈勇章.道路拓宽改建的一些要点［J］.山西建筑，2012，38(12):172-173.