高速公路改扩建工程新旧路基衔接技术

2021-12-24樊家志匡志光

工程建设与设计 2021年23期

樊家志，匡志光

（广东华路交通科技有限公司，广州510420）

1 工程概况

广东省沈海国家高速某改扩建工程全长54 016 m，除129座主线桥梁（含互通桥梁）累计6 810.66 m外，其余均为路基。其中，新旧路基填筑长度累计约44 401 m。旧路基为填土路基，上路床压实度均≥95%，然而尽管已运行多年、经历了车辆荷载反复作用，但并没有出现大病害，且该路基压实度仍基本维持原有设计压实度，甚至部分路段超过了原有设计压实度。为防止应力重分布造成应力集中而导致拼接裂缝，衔接新旧路基两部分的路基反应模量需相差不大。基于此，本工程加宽路基采取气泡混合轻质土填筑的处理方案。

2 工程难点

本工程为改扩建工程。旧高速公路为双向4车道，路基顶宽28 m；新高速公路在加宽旧路后，由双向4车道改造成了双向8车道，路基顶宽也从28 m增加到了42 m。本工程互通共8座（改扩建7座，新建互通1座），改扩建服务区1处，新建服务区1处。在施工过程中，需在确保双向4车道通车（保4）前提下，遵守“通行第一、施工第二、大局为重”的原则。

2.1 交通组织和施工组织复杂

本工程作为国道主干线和经济运输动脉，影响与制约沿线产业布局和城镇规划，因此与沿线居民生产生活环境密切相关。根据交通量调查可知，本工程2015年全线平均交通流量已超过50 000 pcu/d，个别路段甚至超过70 000 pcu/d，因此，交通量已接近或达到高速公路路段所能承受的最大通行能力，被认为是广东省高速公路有名交通拥堵“黑点”，会经常性出现通行缓慢现象甚至严重堵塞（节假日尤为突出），服务水平严重下降。此外，本工程以过境交通为主，大型车辆所占比例高。

2.2 改扩建存在新旧路基差异沉降问题

本工程处于广东西南部皂幕山～天露山低山丘陵东南缘，主要为潭江中游于下游支流冲积的平面、阶地、谷地。沿线地表水系发育，主要分布有水口河、镇海水、良西河等潭江水系支流，且池塘分布也较广泛。

沿线路基中软土分布面积较广，呈带状或点状分布，主要分布在山间洼地、地势低洼、河流阶地，颜色多为浅灰、深灰和灰黑，呈软塑～流塑状态，含少量腐殖质，具有腐臭味，土质不均匀，局部含砂；此外，沿线鱼塘、山塘、沼泽等普遍存在塘底浮泥。

本工程沿线软土埋深一般小于3 m，厚度较小；但个别路段埋深达20.0 m，深度较深，且厚度不均，物理力学性质差。从整体来看，本工程沿线软土具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高等特点，对新旧路基稳定性与差异沉降均有影响。由此可看出，处理软土是本工程开扩建过程中的重要控制环节[1]。

2.3 拓宽旧路中新旧路基衔接问题

对于改建旧路来说，如何在拓宽后保证新路基质量，很大程度上决定着改扩建后高速公路的使用寿命。其中，控制与延缓衔接处的路基开裂病害，是有效保障新路质量的关键环节。通常情况下，引发路基开裂主要有2个原因：

1）拓宽旧路后，新旧路基会产生差异沉降，这是造成衔接部位产生开裂的主要因素。

2）因路基填筑强度不足，所以填筑后新路基顶面当量回弹模量会与旧路基顶面当量回弹模量相差较大；这会在新路路面结构内部造成应力重分布，特别是当衔接处产生较大应力时，就会产生局部应力过于集中的现象，从而导致路基开裂。

针对此，要采取对应处治措施来减少拓宽后新路基沉降量，以进一步缩小新旧路基的差异：同时，要加大对新旧路基衔接问题的处理力度，从而更好地保证新路基质量与减轻新路基发生病害的概率。

就本工程而言，可实施3项措施：（1）适当提高拓宽后新路基压实度，并在增加造价不多的前提下，有效提高新路基整体强度，并减少不均匀沉降量；（2）基于现有规范标准，在选择路基填料时根据实际情况增加一个百分点执行；（3）新路基压实时按照GB/T 50123—2019《土工试验方法标准》中关于重型击实标准来执行。

2.4 改扩建方案不可控因素较多

本工程为沥青路面，整体厚度为75 cm，属于偏薄。其中，3个面层总厚度为15 cm，罩面面层厚度为4 cm。由于旧路路面所使用的沥青混合料为普通石油沥青，高温稳定性较差、抗疲劳和抗车辙能力较差，因此造成了部分路段出现整体承载力不足、弯沉值较大等现象，而这也是当前本项目形成各种病害的重要成因[2]。

故而，因改扩建方案会直接影响本工程总体路线设计、工程量、施工组织设计等内容，所以应充分结合旧路面施工质量、运营期养护等情况来制定。

2.5 高速互通改扩建方案复杂

在高速公路改扩建工程中，路线总体方案是“灵魂”所在，而高速互通则是其中的难点和重点。这是因为，总体方案必须考虑地方路线完善、新路网形成，标准与规范变更，土地供用、工程投资控制、原设施利用、施工组织实施、不中断交通方法等情况，并通过动态设计与多层面考虑，来进一步探索改扩建工程总体方案的主要特征。

3 路基衔接部位拓宽补强施工技术要点

3.1 拓宽新旧路基衔接部位施工技术要点

鉴于本工程新旧路基较易由于材料特性、结构尺寸等方面不同而出现差异沉降，且旧路已出现了开裂病害，因此在对新旧路基衔接部位进行拓宽施工时，采取了台阶法开挖的衔接方法：待开挖台阶成型后，于该处使用土工合成材料，这一目的是增强新旧路基衔接部位稳定性，并减小不均匀沉降量以及侧向位移量，从而使其构成完整的路基整体。

3.2 补强新旧路基衔接部位施工技术要点

本工程局部改扩建路段填土高度需达到2 m以上，针对此种情况，可采取的措施有2项：

1）先正常碾压填土路基，再进一步利用液压式压路机做补强处理，设备最大夯击能为30 kJ/m2，作业点净距按0.5 m控制，从两侧开始补强后逐步向中间区域推进[3]。

2）根据现场作业条件以及各部分质量要求，确定合适的强夯锤夯实法。除桥台后第1排为使用夯击能10 kJ/m2、12 t强夯锤夯实外，其他部分均使用夯击能30 kJ/m2的9 t夯实锤夯实。

4 新旧路基衔接部位分段施工技术要点

4.1 填土高度H≤4 m路段

4.1.1 零填、低填路段的施工步骤

1）基底需清表厚度为0.3 m，主要清理易影响施工质量杂物；同时，处理好填筑前的压实处理，以确保施工前实测填土压实度≥90%。

2）采用换填法施工，材料以砂砾土为宜，原因在于其具有级配良好、水稳定性强的特征；该步骤需确保压实度≥96%。

3）对于局部的基底欠压实路段，按照“先清表、后填前碾压”方法予以处理，并在此基础上回填碎石，直至与路面齐平；经上述方法压实后，需减小碎石空隙使碎石更紧密结合，此时要求压实度≥96%。

4）换填优质填料至路面后，再进一步向该处填筑素土，厚度按0.2 m控制，做横向补强压实处理；此外，该步骤可启用冲击式压路机，从而保证能够压实至护坡道的外侧，确保边坡部分也可具有稳定性。

4.1.2 台阶法施工要点

1）从旧路路基坡脚1～2 m处开挖台阶，宽度、高度分别控制在1～2 m和0.8～1 m，同时需逐级有序开挖，每完成一级台阶后随即填筑并振动压实；按上述顺序高效施工，到达路床底面时，则可通过该处的路基填高来进行判断与分析，旨在确定最后一级台阶合适高度后，再予以控制。

2）台阶填筑与压实需逐级完成，必须在确保本层填筑与压实的施工质量满足要求后，方可向下一层施工。压实采取振动压实的方法，层土厚度为0.2 m；填筑后，要在路基顶面补充压实数遍（具体遍数根据实际作业情况而定），以保证新旧路基可有效衔接为完整整体；此外，新路基填料选择是较关键环节，应尽可能与旧路基填料保持一致，若因条件限制而无法使用同类材料，则需减小新旧路基使用填料的性能差异。

3）台阶开挖成型后，喷射C20混凝土，土层厚度为5 cm，以起到防护作用；同时，在该图层内部设100 mm×100 mm的φ3.2 mm镀锌铁丝网，并用U形钉固定，从而保证该镀锌铁丝网可保持稳定性；若旧路路面以上第2个台阶及上下路床底部经过压实处理后无质量问题，则从台阶内角处开始铺设双向土工格栅，其纵、横向抗拉强度至少需达到80 kN/m。

4.2 填土高度4 m＜H≤8 m路段

该路段主要施工流程与填土高度H≤4 m路段基本一致。需特殊处理以下3项内容：（1）保证1∶1.5边坡坡率部位；（2）护脚工程所用C20混凝土；（3）在宽度2 m护坡道上喷播植草，并在坡面做三维网植草处理，以实现全面防护。

4.3 填土高度8 m＜H≤12 m路段

该路段主要施工流程与填土高度H≤4 m路段基本一致。需特殊处理的内容有以下4项：（1）边坡坡率控制需分情况考虑，边坡上部分8.0 m边坡坡率均需保持为1∶1.5，边坡下部分则要调整为1∶1.75；（2）护脚工程采用C20混凝土；（3）为加强坡面防护，采用人字形骨架植草方法；（4）通过喷播植草方法来实现对2 m宽护坡道的有效防护，并设外倾3%横坡。

填土高度8 m＜H≤12 m路段拓宽剖面见图1。