高速公路扩建工程中路基拓宽施工技术的应用

马闯

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

如今，越来越多的高速公路为适应不断增加的交通量而进行扩建，路基拓宽是扩建过程中的一项重要内容，在很大程度上决定了整个扩建工程的成败。因此，有必要结合高速公路扩建工程实际情况，对路基拓宽施工技术的应用进行分析。本文以某高速公路扩建工程为例，对其路基拓宽段落所用施工技术方法进行分析。

1 工程概况

某高速公路通车至今已有十余年的时间，其路基沉降基本完成。研究路段的路基下卧层以砂性土为主，具有排水固结速度相对较快的特点，沉降可在施工过程中基本完成，但施工过程中需严格控制填方速度，加强施工观测，以免将旧路基拉裂。但因该路段地下水位相对较高，且地基的整体承载力不强，加之处在新旧路基之间的交接部位，因此路基施工是该路段扩建的重难点所在[1]。

经调研发现，对于路基拓宽施工，其病害类型主要为新旧路基之间产生不协调变形的现象。在路基拓宽时的综合处治过程中，其根本目标在于确保拓宽路基保持稳定和整体，并对路基产生的不协调变形予以严格控制。不协调变形主要有以下三种情况：①新旧路基之间的结合处产生滑移；②新路基产生一定程度的压缩变形现象；③新旧路基地基产生明显的差异沉降。当路基拓宽条件不同时，工程病害对应的主导变形也完全不同。

基于此，对新旧路基之间的结合处进行综合处治的过程中，应严格遵循提高拓宽路基稳定性、减少新旧路基之间的不协调变形、增强路基结构自身抵抗变形发生能力和综合治理四个原则，并充分考虑工程具有的特点及不同措施方法的适用条件，选择适宜的施工方法，其中，新旧路基之间产生不协调变形时，当不协调变形的产生原因为新旧路基之间的结合处产生滑移的，应通过如路基加筋等方法做好结合面的处理来解决；当不协调变形的产生原因为新路基产生一定压缩变形的，需通过加强填料与压实控制、采用轻质路堤和路基加筋来解决；当不协调变形的产生原因为新旧路基地基产生差异沉降的，需通过加强地基处理、采用轻质路堤和路基加筋来解决。在增强路基结构自身抵抗变形发生能力方面，可通过适当增加厚度与路面加筋来实现[2]。而在综合治理方面，可通过增设分隔带、加强排水与对路基路面进行综合处理来实现。

在路基处治中需遵循：①将保证稳定作为基础，以严控不协调变形为关键，将变形的协调控制作为路基处治核心；②路基路面彼此作用和影响，基于此，在路基拓宽处治过程中要对不同方面统一考虑，综合处治；③在路基拓宽处治过程中，应对包含地域情况、地质条件与环境条件等在内的内容予以充分考虑，以保证经济合理性和施工便利性。

2 路基拓宽病害处治与施工方法

2.1 新旧路基之间的结合面处治

案例路段上部地层土体天然含水量和孔隙比均相对较高，但固结性很差，工程地质条件不利。15m深以内的上部地层，主要为亚黏土和亚砂土，呈灰黄色与黄色，大部分处于软塑状态，局部处于流塑状态；下部地层土体与上部相同，但大部分处于硬塑状态；在40～50m的深度范围内，土体以黏土为主，呈黄褐色，处于硬塑状态。在路基加宽过程中，应先将坡面上的种植土清理干净，要求深度达到30cm。在开挖台阶的过程中，应按照从上到下的顺序开挖原坡面上存在的植被土与松散土，确保整个坡面保持平整与密实，通过适当放缓横坡起到减小下滑力的作用，提高拓宽后路基整体稳定性，为后续新路基的压实创造良好条件，避免在新旧路基之间的结合处由于新路基填土未能有效压实导致结合部位强度较低。现在很多拓宽工程提出需在交界面设置高宽度不下于1∶2的台阶[3]。如果施工过程中完全从坡底开始按照这一要求进行，则台阶面要进入旧路路面中心位置，在这种情况下进行的台阶开挖，会将绝大部分旧路面挖除，甚至挖除整个旧路面，使扩建工程的实际工程量大幅增加。基于此，在确保拓宽后路基整体稳定性的基础上，还要充分考虑经济性。台阶的高度和宽度之比建议按照以下要求控制：当原路基边坡为1∶1.00时，开挖台阶边坡应控制在1∶1～1∶1.25范围内；当原路基边坡为1∶1.25时，开挖台阶边坡应控制在1∶1.25～1.50范围内；当原路基边坡为1∶1.50时，开挖台阶边坡应控制在1∶1.50～1∶1.75范围内。当台阶开挖高度保持在0.6～1.0m的范围内时，若采用细粒土作为路基填料，则台阶开挖高要取下限，而采用巨粒土填料与土石混填方法施工时，台阶开挖高度要取上限，填石路基的开挖高度应控制在1.2～1.5m范围内[4]。

2.2 填料与压实度控制

在路基拓宽施工中，新路基填料与其压实度不仅对路基自身压缩变形有直接影响，还决定了新旧路基之间的模量之比，给新旧路基之间的结合处的路面力学响应造成直接影响。路基刚度突变可能给路面结构造成的影响方面，不论路基变形还是基层底部产生一定弯拉应力，当新旧路基的模量之比在1.0以内时，均随新旧路基之间的模量之比不断增加而减小，而如果新旧路基之间的模量之比超过1.0，则路基变形或基层底部产生的弯拉应力因路基之间的模量之比增加发生的减小速率显著降低。基于此，为对路面受力状态予以有效改善，在设计与施工中应尽可能提高新旧路基之间的模量之比，但需要注意的是，如果过度提高这一模量之比，会使处治方面的成本升高，同时，对路面的受力性能改善作用并不显著。基于此，在实际施工中建议按照以下标准对路基填料与压实度进行严格的控制：新旧路基之间的模量之比应控制在1.2～2.0范围内；在新路基压实过程中，填土路基的压实度应达到95%以上，而土石混填及填石路基的压实度需达到93%以上[5]。

2.3 路基加筋

加筋路基是指使用变形较小且抗老化强度高的土工材料修筑而成的路基。借助土工合成材料对路基进行加筋处理可提高路基整体稳定性。如果待加筋处理的路基地基承载力不足，则需在加筋前进行必要的技术处理，以免路基失稳。可在路基加筋中使用的土工合成材料类型有很多，如土工网、土工格栅与土工织物等，但单纯进行加筋时，一般使用土工格栅。施工中使用的土工合成材料，必须有较高的抗拉强度、握持强度、撕裂强度与顶破强度。路基加筋施工基本原则为最大限度发挥施工所用土工合成材料具有的加筋作用与效果。相邻合成材料之间的连接应达到牢固，沿受力方向上的连接强度要达到材料自身设计抗拉强度以上，且叠合长度要达到150mm以上。铺设材料前将土层整平，并清除所有硬物，以免将材料刺破。将合成材料铺设完成后，需在48h之内进行填料填筑，不可裸露太长时间，防止因受到阳光暴晒而变质。将第一层填料摊铺完成后，需借助轻型压路机进行碾压，若填筑层的层厚达到600mm以上，则可使用重型压路机进行碾压[6]。

路基加筋作用主要体现在下列三个方面：

（1）保证拓宽后路基稳定性。实践表明，对处于软基范围内的拓宽路基采用土工合成材料进行加筋处理后，路基自身稳定性可得到大幅提高。

（2）使路基拓宽后抵抗变形产生的能力得以增强。通过室内模拟试验可知，新路基加筋前沉降前、后的回弹模量分别为43.8MPa和20.9MPa，两者之比为0.49；新旧路基之间的结合处在加筋前的沉降前、后回弹模量分别为33.7MPa和18.9MPa，两者之比为0.56；新路基加筋后沉降前、后的回弹模量分别为39.2MPa和24.4MPa，两者之比为0.62；新旧路基之间的结合处在加筋后的沉降前、后回弹模量分别为45.8MPa和24.4MPa，两者之比为0.53。当铺设两层玻纤格栅进行加筋处理时，可减小新旧路基之间结合部位与新路基表面实际回弹模量。

（3）减小拓宽后路基在自重持续作用下地基产生的沉降。借助有限元方法分析路基加筋处理效果，经分析可得，通过加筋处理能起到减小地基沉降的作用，同时，与路基左侧边缘之间的距离越远，加筋减少地基沉降的作用越显著，进而避免拓宽完成后的路面由于不协调变形现象产生裂缝[7]。

2.4 轻质路基施工

软基因路基拓宽荷载出现的沉降是整个协调变形的主要部分，对此，采用轻质材料进行路基修筑，可起到减少地基沉降的作用，但要注意轻质填料的强度满足设计要求。实践表明，通过采用轻质路基的方法，可以在减小地基固结变形的同时，有效控制路基自身压缩变形。轻质路基施工一般按照以下顺序进行：施工准备→基础碾压→护板施工→防渗土工膜施工→级配碎石调平层施工→泡沫混凝土施工→素混凝土施工→防撞墙施工→沥青施工，其中，护板施工需按以下顺序进行：切槽→钢筋安装→模板安装。泡沫混凝土施工所用发泡剂应达到以下要求：稀释倍率在40～60范围内，发泡倍率在800～1 200范围内，标准泡沫密度在30～50kg/m3范围内，标准泡沫泌水率不得超过20%[8]。

2.5 综合处治

2.5.1 路面加筋

在拓宽路面结构中，因受到不协调变形持续作用，会使路面先从基层的底部开始裂缝。基于此，需在基层底部加铺一道加筋材料，用于提高基层结构抵抗变形发生的能力。实践表明，采用玻纤格栅后，可以使基层底部的弯拉应力从0.307MPa降至0.239MPa，改善效果十分明显。

2.5.2 在新旧路基之间的结合处增设分隔带

新旧路基之间的结合处因应力集中现象可能产生纵向裂缝或错台，导致地表积水大量渗入，使病害产生并加剧。对此，需在路线设计条件允许时，在新旧路基之间的结合处增设一条分隔带，以容许因不协调变形作用产生的纵裂及少数错台，如此，不仅不会影响道路正常通车，还能起到降低工程造价与难度的作用。但采用该方法时，应加强分隔带防水与排水，如果防排水效果较差，将导致地表上的积水不断下渗，一部分沿横向发生迁移，进入新旧路基当中，使路基整体回弹模量大幅降低，另一部分在新旧路基之间的结合处下渗，使结合处抗剪强度明显降低，导致滑移量增大，最终引起失稳。

2.5.3 过渡性路面

在拓宽完成的路基表面铺设过渡性路面后，可容许拓宽后的路基产生一定程度的不协调变形，进而防止在新旧路基之间的结合处附近出现损坏。在新旧路基的所有部分均完成变形并保持稳定后，对最终路面结构进行摊铺。这项措施的应用还能减少不协调变形，控制成本，加之良好的后期维护，确保拓宽后的道路保持正常通行。此外，该方法对操作技术要求不高，施工方式简单，经济合理。

2.5.4 进一步完善排水系统

地表积水一旦大量下渗，将产生渗水、滞水与积水等一系列问题，使新旧路基抵抗变形发生的能力和新旧路基之间的结合强度均大幅降低。针对这种情况，需在前期设计工作中合理布置各类防排水系统。在实际施工中要注意以下几点：

（1）最大限度阻断扩建部位的地表积水与地下水渗入路基范围内；

（2）对于路基中的水，可采用横纵向分布的盲沟集中汇集至两侧集水沟，同时尽快排至路基的下方；

（3）在新旧路基之间的结合部位增设隔水土工布，以避免路基路面产生裂缝后导致雨水直接下渗，使路基和路面的实际破坏速度加快。

3 结论

本文通过对某高速公路拓宽路段的综合分析，并结合路段实际通行情况，提出了不同条件下的路基拓宽方式及病害处治措施，得出下列各条结论，供高速公路扩建工程参考借鉴：

（1）新旧路基之间不协调变形现象是导致扩建路段路基拓宽施工出现病害问题的主要原因，基于此，在实际的处治过程中要严格遵循使变形达到协调的原则与思想，即所有处治措施的制定都应以使变形达到协调为根本目标。

（2）新旧路基之间的不协调变形现象，主要包含三部分，施工中，不同部分占据的比例有所不同，对此，在实际工作中要从不同方面入手进行综合考虑，包括路基、路面、排水和支挡，以工程具体特点为依据，结合不同措施的适用情况确定适宜的处治方法。

（3）通过对该高速公路拓宽路段所用各项处治方法的机理及处治效果的分析，提出设计与施工过程中的具体控制标准，为高速公路扩建工程的路基拓宽施工提供可靠参考借鉴，保证路基拓宽质量。