高速公路扩建工程路基路面拼宽设计

王泳心

摘 要：为了改善高速公路扩建工程质量，本文以路基拼宽和路面拼宽作为设计要点，在传统设计方案基础上改进。通过合理铺设路基拼宽位置，采取清坡、削坡、挖台阶处理，根据路面通行需求，重新规划路面铺设结构。测试结果表明，本文提出的路基拼宽设计方案与路面拼宽设计方案符合结构形变、耐久性、舒适度要求，可以作为公路扩建参考依据。

关键词：路基拼宽;路面拼宽;高速公路

中图分类号：U418.8 文献标识码：A

高速公路修建是各个城市经济建设不可缺少的一部分，通过高速通路运输，加快旅游业、农业、化工业等多个领域经济发展[1]。因此，高速公路修建备受人们重视。近年来，互联网在各个领域覆盖，加大了运输需求[2]。为了满足运输需求，需要扩建高速公路，保证新老路基路面的协调性[3]。目前，尚未给出可靠性较高的扩建设计方案，仍需进一步探究。

1 高速公路扩建工程路基拼宽设计

1.1 控制标准

扩建工程的一个重要标准是保证新路与老路的衔接控制，按照国家高速公路修建标准，提出路肩横坡变化值不得超出0.6%的要求，且新路坡向与老路坡向必须保持一致。标记原路中心位置记为P，新路与老路拼接到一起以后，P处附加的沉降增量不可以超过50 mm，否则认为拼宽设计不可靠。另外，计算新路的路基沉降值，要求总值控制在15 cm以下，施工结束后测得沉降值不得超过5 cm[4]。由于路基拼宽设计很难避免路基差异问题，可以允许差异沉降的存在，但是不得超出5 cm。

1.2 拼宽位置的设置

考虑到老路基因长期使用强度下降，所以在建设新路基时，不可以忽略高路基强度的提升处理。本设计方案挖除老路土的硬路和路肩，设定第三车道、第四车道、硬路肩为拼宽区域，在标定的位置修建新的路基，在两个车道之间画线，标记为拼接缝。这种设计方案为新建路基的强度提供了保障，新修路段的強度分布比较均匀，同时也可以通过硬路肩的拼接，改善老路基的强度。

1.3 清坡、削坡、挖台阶处理

在拼接新路基时，需要对老路基边坡采取削坡和清坡处理，处理深度设置为30 cm。为了提高路基拼宽质量，本研究采用实地勘察法，对老路基边坡树木和填土分布情况进行了勘测。勘察期间发现，部分区段树木较多，以灌木为主，高大树木较少，路基填土比较松散。在此环境下，需要对老路填土压实度进行调整，以3 m填土高度作为分界线，当填土高度未超出限定值时，控制边坡削坡率为1：1，当填土高度超出限定值时，控制边坡削坡率为1：1.25。

从原路基边坡下方挖掘，逐渐向上挖掘，完成一级开挖后立即填筑，并采取碾压处理。其中，开挖尺寸为120 cm×150 cm，一级以上台阶开挖尺寸各下调40 cm、50 cm。其中，最上层台阶由边缘向内开挖。

1.4 土工合成材料应用方法

通常情况下，老路基与新路基拼宽期间纵向容易开裂，为了避免此类问题的产生，本研究选取土工合成材料作为路基拼宽材料，协调路基土体，避免其发生过大的形变，使得路基荷载得以均匀分布，提高路基拼接强度。

在新路基和老路基交界处标记路床开发范围，在这个范围内铺设土工格栅。其中，一层格栅的布设位置在路床面下20 cm处，沿着横向位置均匀铺设。为了高质量完成新路基和老路基拼宽施工，在交界标记范围内路基基地铺设土工格栅，层数范围1～3层，根据填土高度不同，设计不同的格栅铺设方案。当填土高度超过5 m时，铺设3层土工格栅;当填土高度不足5 m，且高于3 m时，设置基地处为土工格栅铺设位置，在此处铺设一层的同时，在距离地面20 cm处同样铺设一层土工格栅;当填土高度不足3 m时，设置基地处为土工格栅铺设位置，在此处铺设一层格栅。

1.5 有限元分析

本研究采用有限元分析法，以传统路基拼宽方法作为对照组，以本文提出的拼宽方案作为实验组，利用有限元软件模拟最大变形时的路基形变情况，结果如图1所示。

图1中，传统路基拼宽方案产生的形变比较显著，而本研究提出的路基拼宽方案产生的形变幅度比较小，在弹性变形允许范围之内。所以，本文提出的路基拼宽方案满足可行性要求。

2 高速公路扩建工程路面拼宽设计

2.1 路面拼宽设计难点

高速公路扩建期间老路面和新路面的拼接处理难度较大，老路面经过多年使用，耐久性能逐渐减弱，如何在拼宽新路面时，对其采取耐久性改善处理，成为了当前重点研究问题。另外，高速公路作为我国各个城市运输重要路段，对重载有一定要求，如何在扩建期间，调整路面结构也是一项重要解决问题。

2.2 路面加铺与拼宽设计

为了改善老路面的耐久性，需要对这部分路面的病害采取治理，而后在其上方布设一层具有改性功能的沥青，并向其中掺杂一些碎石搅拌封层。关于封层处理和上下面层沥青的铺设方案见表1。

关于拼宽结构层的设计，沿着从上到下的顺序，介绍结构层名称、铺设材料、铺设厚度：（1）上面层，选取SBS沥青作为铺设原材料，向其中添加SMA-13玛蹄脂碎石，搅拌后铺设;（2）粘层，选取乳化沥青作为铺设材料，布设粘层;（3）中面层，选取中粒式SBS沥青作为铺设原材料，向其中添加AC-20混凝土，搅拌后铺设;（4）粘层，选取乳化沥青作为铺设材料，布设粘层;（5）下面层，选取粗粒沥青作为铺设原材料，向其中添加AC-20混凝土，搅拌后铺设;（6）粘层，选取乳化沥青作为铺设材料，布设粘层;（7）柔性基层，选取密级配沥青作为铺设原材料，向其中添加ATB-25碎石，搅拌后铺设;（8）封层，选取SBS沥青作为铺设原材料，向其中添加碎石，搅拌后铺设;（9）透层，选取乳化沥青作为铺设材料，布设透层;（10）基层，在水泥中添加碎石，搅拌均匀后铺设;（11）通知碎石与水泥的比例，采用低剂量的水泥搅拌铺设。

2.3 保通路面拼宽结构设计

考虑到高速交通道路在扩建期间存在通行需求，所以保通路面拼宽结构设计显得尤为重要。依据车辆通行需求，对传统通行路面结构进行调整，指标如下：

（1）SMA-13，厚度4 cm;（2）AC-20，厚度6 cm;（3）AC-25，厚度9 cm;（4）AC-25，厚度9 cm;（5）水隐碎石，厚度20 cm;（6）水隐碎石，厚度20 cm;（7）水隐碎石，厚度20 cm;（8）6%掺量石灰土，厚度30 cm;（9）4%掺量石灰土，厚度50 cm;（10）压实素土，厚度40 cm。

2.4 路面耐久性与保通路面舒适度测试分析

以传统路面拼宽方案作为对照组，以本研究设计的路面拼宽方案作为实验组，选取4处路面作为测试点，分别对路面的耐久性和舒适度进行测试，结果如表2所示。

表2中测试结果显示，与传统方案相比，本方案路面耐久性能较强，铺设的保通路面通行舒适度较高。

3 总结

本文围绕高速公路扩建问题展开研究，选取路基拼宽和路面拼宽两项指标的优化设计作为研究内容。以老路和新路协调性作为前提条件，分别提出拼宽方案。模拟测试结果表明，本文提出的拼宽设计方案，路基产生形变幅度较小，路面拼宽耐久性较强，保通路面通行舒适度较高。

参考文献：

[1]刘甲荣，杨伟刚，王凯，等.济青高速公路改扩建路面拼宽技术创新与实践[J].公路交通科技：应用技术版，2019（06）：3-6.

[2]刘升亮，刘强，杨春才.高速公路改扩建工程中拼宽路基施工监理要点[J].公路交通科技（应用技术版），2018（05）：66-69.

[3]李连进.PHC管桩在芜合高速公路芜湖北收费道口改扩建工程中的应用探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2018（07）：135-136.

[4]孙宁，高鹏，康健.高速公路改扩建项目既有空心板桥的拼宽计算分析[J].中外公路，2019，249（05）：121-124.