基于公路路基沉降及施工控制技术研究

2016-08-09钱云艳

大科技 2016年4期

关键词：拓宽土工新旧

钱云艳

（嘉善县交通建设投资集团有限公司浙江嘉善 314100）

基于公路路基沉降及施工控制技术研究

钱云艳

（嘉善县交通建设投资集团有限公司浙江嘉善 314100）

随着交通量的不断增加，很多地区原有宽度的公路已不能满足运输的需求，需在原有道路的基础上进行拓宽，但在道路拓宽的过程中往往出现新旧路基差异沉降的问题，影响公路的使用质量。本文结合拓宽工程路基差异沉降造成的病害原因分析，提出了路基沉降的控制措施。

公路；差异沉降；控制

引言

我国早期建设的公路多为双向双车道形式，随着经济建设的发展，交通量逐年增加，传统形式的公路已不能满足运输的要求，为了改善通行能力，需结合实际工程将原有路面拓宽。在公路拓宽的过程中，暴露出较多的工程问题，最主要的是新旧路基的差异沉降。在公路改造过程中出现的差异沉降将影响道路的安全性能，造成路基路面病害，降低行车舒适感，降低道路的通行能力，阻碍公路经济效益和社会效益的发挥。

1 工程案例

以G320公路主干线嘉善段为例，工程位于嘉善火车站以北，平黎公路以西，起始于嘉善县潘家浜，止于平黎线，沿线为嘉善县经济较为活跃的地带。国家十三五期间调整了城乡规划，重新从区域规划层面对嘉善的交通发展进行了发展定位和战略指导。拟定将公路扩建为四车道，新路路基宽度26m，公路中央分隔带宽度3m。在扩建过程中，新旧路基不一致导致路基出现不均匀沉降，表现出较多的路基和路面问题。

2 公路病害类型

2.1 路基病害

公路的路堤位置，在实施拓宽工程后，新旧路面的结合位置出现不同程度的滑移，严重者出现整体坍塌。如果拓宽路基的结合位置出现的滑移量较小，结合位置出现错台现象，雨水沿着错台的缝隙进入路基，严重威胁着路基的稳定性；如果拓宽路基的结合位置出现的滑移量较大甚至整体坍塌时，拓宽路面的整体出现损坏，原有的路基的稳定性受到影响，路面结构受到严重的破坏[1]。

2.2 路面病害

公路拓宽工程结束后，新旧路基出现的不均匀沉降见导致路面结构中出现一定程度的附加应力。如果路面材料自身承受的强度小于附加应力与车载，将直接降低路面结构的稳定性，路面出现开裂问题，这是在拓宽公路的过程中最常见的路基病害。另外，新旧路基的不均匀沉降将会使载荷施加于旧路基的边缘地带，旧路的路拱发生严重变形，在重复作用之后导致道路的结构层开裂，出现路面断裂的严重病害。

3 公路病害的产生原因

拓宽工程结束之后造成的路基、路面病害，都可以看作是新旧路面差异沉降导致的，病害原因具体表现为路基变形、路基路面的稳定性变差、新旧路基结合不良和地质条件的影响，在多种因素的作用下，拓宽过程中出现严重的病害，现从设计方面、施工方面、填料方面和地质方面归纳探讨病害的产生原因。

3.1 设计方面

公路的拓宽工程近几年才兴起，因此在技术方面缺乏相应的理论指导，例如施工的拼接方面还处于摸索阶段，没有详细完善的规范可循，很多设计只是基于经验。在具体拓宽工程中难免出现问题。

在台阶开挖和旧路削边方面，台阶的尺寸和削边程度都是根据经验的，并没有进过精确的计算，只有在实际工程出现问题后才去改善设计。

选配新旧路基结合部的材料时，对材料的选择、铺设层数、铺设长度等并没有进过严格的试验探究，无法保证方案的经济性和合理性[2]。

排水设计不完善，地表水下渗，路基受潮，强度降低，路面开裂后路基强度大幅度下降。

3.2 施工方面

新旧路基结合位置的施工工艺复杂，如果密实度不能满足要求，台阶开挖不合格，旧路边坡处理不当等将导致结合部位的强度降低，新路基出现沉降。

对结合部位的清理不得当，结合面较为薄弱，新旧路基底部土壤在荷载增加的同时出现沉降。边坡开挖过大，边坡开挖面长时间暴露，在雨水冲刷的作用下，出现路基亏方的问题。路基填土压实度不够，结合部位的处理不当，拼接处压实度不足，导致路基非均匀沉降。

3.3 填料方面

道路改造后路基材质和路面的结构层厚度和强度存在差异，有的道路拓宽路基的填料质量不合格，抗风性较差，填料中含有较多的植物根茎和腐蚀性土壤，旧路基会出现开裂。填料不满足设计要求，填料不均匀或者填料的级配控制不合理导致病害出现。

3.4 地质方面

公路所处的地段地质情况较差，加速了新旧路面的不均匀沉降。随着路面载荷的增加，旧路基已经固结沉降到位，荷载小于新路基。

除上述原因外，还包括工程管理的问题，重载超载方面的问题，加剧了路基路面稳定性的破坏。

4 路基差异沉降的控制方法

公路的路基差异沉降导致严重的路基路面病害，必须采取合理的措施进行控制，现从土工格栅加固、台阶开挖和削坡、冲击碾压等方面进行了探究。

4.1 土工格栅加固

在土工格栅加固之前，需要明确沉降量，因此需要布设相应的沉降板，沉降板布层位如图1所示。

图1 沉降板布层位设计图

公路拓宽工程中，需要增加路基的基底与每层台阶顶面的加筋功能，需要在路基基底铺设合成材料，减小施加于路基中的荷载，提高新旧路基结合位置的整体受力能力，降低新旧路基的沉降差异。当公路拓宽工程结束后，由于旧路边坡往内1m的位置有较大的剪应力，因此在铺设土工格栅的过程中向旧路内深入3m左右[3]。

如果上部荷载超过了土工格栅的设计应力，土工格栅将出现严重的变形，在荷载的作用下，土工格栅发生位移，最终导致路面出现裂缝。因此在铺设土工材料的过程中，必须先保证土工格栅的变形稳定，对土工材料施加一定时间的预应力后再填料施工，避免土工材料的位移导致路面出现裂缝。为了提高加固效果，本段工程在路基的上部也铺设了土工格栅。

4.2 台阶开挖和削坡

为了提高施工后新旧路面的结合力度，本段公路东侧应用台阶开挖方式，提高新旧路面的抗剪能力和摩阻力，加强新旧路面的整体性，便于土工格栅的铺设。在台阶开挖的过程中，对旧路进行削坡处理，保证路基拓宽工程的顺利实施，及时清除路基边坡中不满足施工要求的土体，为下一步施工提供便利。常见的削坡和台阶开挖方式有两种：①对原有路基进行削坡，削坡完成后再开挖台阶；②直接在原有路基的基础上开挖台阶。本次工程中先削坡再开挖。开挖过程中的需要注意施工顺序，本次改造工程采用自下而上的开挖方式，以提高施工的便利性。

施工过程中，控制削坡的坡度，为了保证新旧路基位置的结合力度，在本段公路改造中，一般将边坡的坡度定为2：1或2：3。控制台阶的尺寸，重点在于台阶的高度和宽度。

结合《中华人民共和国公路施工规范》，在公路拓宽过程中，台阶开挖的高度为80cm。针对G320国道的实际，在施工中将台阶宽度选为150cm。在施工过程中控制开挖尺寸，及时检查路基填料和压实度。为了保证新旧路基良好衔接，在台阶开挖中设置一个内倾角，避免路基出现滑移或错台，本次工程将台阶的内倾角设置为3%。

4.3 冲击碾压

为保证路基的整体性，提高新旧路基的强度和衔接效果，降低工后沉降，提高路基的抗变形能力，避免路基不均匀沉降，需要在拓宽工程中严格控制新路基的压实度，为了提高新路基的压实程度。

该段公路采用冲击碾压的方式提高新路基的压实度，降低新旧路基的差异沉降。利用冲击碾压的施工方法，可以提高新路基的压实度和承载能力，也可提高路基的沉降速度[4]。

施工中应用的冲击碾压机最显著的特点是将传统圆形轮改为非圆形轮，这些四边形或五边形的轮子拥有交替排列的冲压面，运行方式如图2。

图2 冲击碾压方式

在应用过程中，大功率牵引车带动轮子滚动，碾压轮的交替上升和下落，产生较大的冲击能量，这种高振幅、低频率冲击碾压能保证路基土体密实度的增加，具有较强的技术优势。冲击碾压的过程中，将势能转化为冲击能，击实路基土体，提供路基土体的稳定度和密实度，为了提高密实度，本段公路共压实8次。由于地基的处理要求不同，土体的力学特点存在差异，施工过程中一般会结合实际的压实效果来选择压实遍数。