高速公路改扩建工程关键技术研究

邓少梅

(广深珠高速公路有限公司，广东 东莞 523000)

0 引 言

经济的飞速发展，交通量的日益剧增导致我国原有的公路设计标准已经不能满足如今发展的需要。为了使公路的运输能力得到进一步的提升，往往会采用三种方案，其一则是新建公路，这种方案需要征收更多的土地，一方面会占用较多的土地资源，另一方面还会受到城市规划的限制；其二则是增加路网的密度，也就是在原有道路的基础之上新建更多的高架桥，这种方案虽然能够在一定程度上缓解交通拥挤的问题，但是同时也需要更多的经济成本；第三就是对运营中的公路展开改扩建工作，这种方案虽然在一定程度上也会占取一定的土地资源，但其占地量与方案一相比则会明显下降。近年来，我国大规模的对公路进行拓宽，成功的案例虽然越来越多，但是在扩建公路后期运营的过程中依旧普遍存在着路基稳定性以及变形的问题。原道路已经经过了多年的碾压，经过了长时间的沉降，路基变形已经稳定，新铺设的路基与原有路基之间会出现差异性的沉降，进而引发了新旧路面之间出现裂缝，严重影响行车安全。因此，针对这些问题占来展开关于扩宽道路新旧路基结合处的变形特性及改善措施的研究对相关工程实践具有一定的指导意义。

1 高速公路路基扩宽工程方案选择

1.1 公路拓宽方案的基本形式

高速公路常用的扩建形式如表1所示，可以根据道路的具体情况来对扩建方案进行选择。

1.2 拓宽方案选择的原则

对原有道路的拓宽工作一方面会受到时间的限制，另外一方面还会受到空间的制约，所以做好前期工作至关重要。首先第一点就是需要制定好较为详细的公路拓宽方案，方案中需要面面俱到，主要包括有工程的规模大小、周期长短、投资多少以及施工的方法。从道路的种类来讲，可以将道路拓宽方案划分为桥梁方案和路基方案；从道路断面的角度可以分为分离方案和整体拼接方案。拓宽方案的选择需要遵循以下几方面的原则，其一，公路的拓宽方案需要能够方便以后对道路的维修和保养，要有利于高速公路的运营管理；其二，对于拓建的公路还需要和地方路网的规划相结合，在公路拓宽之前，需要对道路拓建段进行实地的调研，紧密结合当地政府的路网规划系统。第三方面就是将在道路施工的过程中可能会引发的交通影响降到最低的程度，尽可能的避免对公路的正常运行产生影响，此外还需尽快完工，减少工期。

表1 高速公路基本扩建形式

2 高速公路拓宽工程的路基变形分析

对高速公路拓宽工程路基变形的分析主要包括了两种，其一为路基差异沉降的计算方法，该方法主要是通过理论的计算；其二则是有限元分析的方法，这种方法能够有效、形象的解决多种复杂的工程问题。本节采用有限元ABAQUS数值模拟软件通过具体的工程实例探讨拓宽路基的变形情况。某工程的路基是将两侧均加宽处理，将其原有的4车道通过改扩建变为8车道，其新旧路基的计算参数如表2所示。

表2 土体材料计算参数

通过ABAQUS进行数值模拟，拓宽路基的竖向以及水平位移示意图如图1与图2所示。根据图片可以看出在路基拓宽之前，在旧路基的中心线处出现了竖向的最大位移，路基沉降的分布形似于半盆状。在进行扩建之后，路基的右侧出现了沉降，同时在拓宽路基的竖向上也出现了波峰，沉降整体上呈现出倒钟形分布。在拓宽之前路基的水平位移波峰值出现于旧路基坡脚下方；路基拓宽完成之后，水平位移值的波峰发生了移动，开始靠向拓宽路基坡脚的下方，而在路基中心的左侧，越靠近中心，它的水平位移值也就越小，右侧则恰恰相反。

A为拓宽前；B为拓宽后图1 路基竖向位移示意图

A为拓宽前；B为拓宽后图2 路基水平位移示意图

在现场实际的拓宽过程中，不同的路段路基填筑的高度也会略有差异，因此这里分别选取2 m、4 m、6 m、8 m的填筑高度来探讨路基填筑高度与差异沉降之间的关系。通过图3和图4也可以看出，路基的填筑高度与拓宽路基的沉降呈正比。经过数值模拟，计算得出填土高度为2 m、4 m、6 m、8 m时，拓宽路基的最大差异沉降分别为1.51 mm、4.93 mm、6.58 mm、7.85 mm，说明路基的差异沉降与填土高度呈正比，但是沉降的增长幅度会随着填土高度的增加而不断的减小。同时随着路基高度的增加，旧路基的变形曲线差距也会会变得更加显著，再加上新路基自身的重量，导致其竖向沉降先增大而后逐渐减小。

图3 路基填土高度对路基表面沉降的影响

图4 路基填土高度对路基基地沉降的影响

3 高速公路新旧路基结合部处治技术

3.1 新旧路基结合部处治技术的基本原则

其一，保证结构稳定尽可能的避免拓宽道路会产生较大的不均匀沉降，因此一方面需要加固软地基，增强地基得承载力，尽可能的降低地基自重造成的变形沉降，另一方面对地基加固后依旧出现沉降的地段进行路面的加固处理。其二，从工程施工设计方面进行全面的考虑，主要包括了地基、路基、路面以及排水系统等，优化其设计以及施工工序，减少不均匀沉降。其三，遵循预防为主，防治结合的原则。在高速公路扩建的过程中，如若出现问题，及时处理，以防进一步恶化。

3.2 旧路基边坡的处理

挖除旧路基的边坡，然后进行重新填料，主要考虑到在原路基施工时，压路机等设备也难以对该位置进行标准的压实，同时加上这些区域会遭受水流的冲刷，受到的侵蚀较大，强度和压实度均有所降低。在新旧路基结合处的坡面进行台阶开挖时设置3%的倾角，每一级的宽度在0.8 m左右，高度在1.2 m左右，这样能够避免结合处出现较大的沉降变形。另外可以在台阶处铺设土工格栅，避免地面出现塌陷，此外土工格栅还具有一定的拉力，能够一定程度上解决新旧路基结合处产生的侧向变形和隆起问题，此外土工割伤还能提高土体的抗剪强度，增加其摩擦力，进而提高路基整体的承载力。

3.3 轻质填料填筑路基

目前轻质填料也广泛应用于路基的填筑中，主要是因为这种材料的自身重量轻，能够在很大程度上减小自重导致的沉降变形，目前常用的轻质填料主要包括了聚苯乙烯泡沫(EPS)轻质路基以及粉煤灰轻质路基。这两种轻质路基填料一方面能够提高公路的扩宽效率，另一方面还能降低施工的成本。

3.4 路基加筋

拓宽路基最为薄弱的区域便是新旧路基结合

处，为了提高该区域的强度，目前常采用的手段就是土工格栅、土工网等加筋技术。通过加筋可以增强路基整体的稳定性，除此之外土工格栅上的孔眼还能在很大程度上对土体进行锁定，有效的改善土体的力学性能。土工格栅的铺设能够增强与新路基填料之间的摩擦作用，进而有效的限制拓宽路基的侧向变形，避免了新路基沿着结合部发生滑裂破坏。

4 结 语

综上所述，交通量的与日俱增需要公路的不断扩建，文章重点阐述了道路拓宽的主要形式以及选择的原则，并通过ABAQUS软件模拟了路基拓宽前后水平位移以及竖向位移的变化规律，以及路基填筑高度对沉降的影响。最后文章还分别从旧路基边坡的处理、轻质填料填筑路基以及路基加筋几个方面提出了高速公路新旧路基结合部处治方案。