高速公路新旧路基衔接工艺技术研究

杨乔珍

(广西交通投资集团百色高速公路运营有限公司,广西 百色 533099)

0 引言

交通运输部《公路“十四五”发展规划》明确提出,我国“十四五”期间将新改建高速公路2.5×104km[1]。密集的高速公路网,将大力推动广西境内陆海新通道的建设完善,更好更快地服务广西地方经济增长。新建高速公路交通引入旧线路的规划方案,通常会成为连接两地的经济互通纽带,为此,新旧公路衔接工程工艺技术方案的选择显得格外重要。新旧路基在结合过程中,由于技术水平差异及各种因素限制,在路基拼接实施过程和后期发展中都会出现不同程度的质量问题和差异性沉降[2-4],所以新旧路基衔接工程工艺技术方案的选择,关系到高速公路运营期道路结构安全稳定及道路使用寿命。对此,在新旧路基衔接实施过程中,针对不同地质地形、各种环境不良因素和管理缺陷时,选用恰当的路基拼接工艺技术,对后期高速公路的养护和维修成本起到至关重要的作用。

1 项目概况

新建巴马至田东高速公路全长67.03 km,通过田东枢纽互通接入既有坛百高速公路,其中田东枢纽互通F、G、I、H匝道和坛百高速公路相接,相交线路长度为1 520 m。互通线路如图1所示。

经现场勘查,原坛百高速公路基填土边坡稳定性较好,但由于通车运营年限久且长期受干湿循环作用,原路基下边坡坡率呈紊乱状。路段范围内坡面不规整,边坡灌木丛生且根系发育,削坡坡率为1∶1.5时难以清除。且原坛百高速公路建设时期路基填土均未掺加灰土,加之边部填土经长期雨水浸湿,压实度偏低,按常规路基填筑难以保证新旧路基拼接部分的质量。

坛百高速公路范围内路基存在四种形式:(1)一般填方路段,填土高为7～13 m的路堤,且该段路基有渗水现象;(2)坡脚范围内为右江河谷,受右江河红线控制带限制;(3)部分路段因征地限制,在坡脚设置了混凝土挡土墙;(4)低填路段和浅挖路段路基。

图1 田东枢纽互通线路示意图

该项目对原坛百高速公路路基填筑和防护形式,分门别类的选择不同的路基拼接方案,保证新旧路基衔接的稳定性和实施质量。

2 路基拼接工艺技术方案

2.1 一般填方路基拼接工艺方案

田东枢纽互通H匝道相交处的原坛百高速公路路基为一般填方路段,为三级下边坡。对该路段范围内原路基先拆除下边坡坡面防水及拱形骨架片石护坡结构,再进行机械清坡,清坡厚度为30 cm,然后进行削坡处理进而填筑拼接路堤。路基第一级边坡采用1∶1坡率削坡,第二级边坡采用1∶1.5坡率削坡,第三级采用1∶1.75坡率削坡,削坡的同时开挖台阶,台阶自下而上逐层开挖,开挖一阶及时填筑一阶。台阶设2%内倾横坡。每级的第一级台阶宽采用150 cm,以上各级台阶宽采用100 cm。开挖台阶顶面纵向坡度一般同路线纵坡一样,底部第一级台阶高度可根据地形适当调整,但应≤2 m,否则增加分级台阶。

同时为了减少路基拼接的差异性沉降,在上、下路床底各设置一层双向土工格栅,往下每1.5～2 m增设一层高强土工格室,底部剩余填土厚度≥1.4 m。如地基土强度偏低或者地基土质不均匀时,在路堤底部设置一层高强土工格室,高强土工格室铺设至坡面0.75 m处。土工格栅采用双向一次性拉伸成型的聚丙烯土工格栅,无焊接点,幅宽≥6 m,相应指标满足相关规范要求。高强土工格室采用整体式,格室片中心高度为50 mm,网格尺寸为40 cm×40 cm,单网面积≥50 m2。格室连接点采用热熔焊接,布网时张拉到位,及时填埋避免暴晒。对于坡面上有较大树木,挖根时树坑开挖面位于1∶1削坡面以内造成底部台阶高度>2 m时,对底部进行干砌片石回填成正常台阶形状,便于路基拼接填筑。因坛百高速公路该段路基存在渗水情况,原建设时期在路基底部设置有排水层,故该项目在实施拼宽路基时在底部铺设了纵向连续碎石盲沟排导老路基的渗水。盲沟横向间隔20 m设置,尺寸为50 cm×40 cm。工艺方案如图2所示。

图2 一般填方路基拼接工艺方案平面图(cm)

2.2 泡沫轻质土拼接填筑工艺方案

田东枢纽互通F匝道受右江河谷带控制线及征地限制,难以正常放坡拼宽,故本项目在实施该段拼宽路基时采用了新型材料泡沫轻质土进行路基垂直填筑,不需进行压实作业,以达到快捷施工而不占用右江河谷带控制线的目的,且减少对沿河自然生态系的破坏。同时,轻质泡沫混凝土材料容重轻,对原坛百高速公路引起的附加应力小,易于控制不均匀沉降。采用的泡沫轻质土的施工湿密度为650 kg/m3,28 d抗压强度≥0.8 MPa。填筑时,轻质土顶面设置一层HDPE防渗土工膜,采用GH-1型聚乙烯土工膜。顶部以下1 m高度范围内设置两层镀锌金属网,采用φ1.5 mm@2.5 cm×2.5 cm铁丝网,在中部设置一层钢筋网(φ3.2 mm@10 cm×10 cm)。同时为减少不均匀沉降,上下路床底部各设置一层土工格栅。工艺方案如图3所示。

图3 泡沫轻质土拼接填筑工艺方案平面图(cm)

2.3 挡土墙坡脚护坡工艺方案

田东枢纽互通G匝道位于受征地条件限制的路段,坛百高速公路原路基防护形式为坡脚设置钢筋混凝土挡土墙和坡面草灌防护。该处土质为素填土,厚度约为11 m,以下为强风化钙质砂岩,砂质结构和层状构造,节理裂隙发育,岩芯破碎呈块状。若拆除原先旧路挡土墙会影响现坛百高速公路相应路段的路基稳定,故在该项目实施过程中仅拆除1 m高的顶部墙身而保留原挡土墙基础及墙身下部,同时使之保持墙顶至地面高度≥2 m,按一般填方路基段对原旧路基进行清坡、削坡和挖台阶处理,在老挡墙拆除位置顶面铺设一层高强度土工格室后进行下一阶段的填筑,直至设计路床标高。工艺方案如图4所示。

图4 挡土墙坡脚护坡工艺方案平面图(cm)

2.4 低填和浅挖路基拼接工艺方案

田东枢纽互通Ⅰ匝道前端60 m是填方高度为1.8～2.5 m的低填路段,为减少不均匀沉降,在上下路床底面各设置一层双向土工格栅;后端85 m范围内为浅挖路段,对路床进行超挖1.2 m并回填压实,填筑土采用级配良好的碎石土作为填料,压实度达96%以上;在上下路床底面各设置一层双向土工格栅,格栅铺设至边沟外侧。工艺方案如图5和图6所示。

图5 低填路基拼接工艺方案平面图(cm)

图6 浅挖路基拼接工艺方案平面图(cm)

3 监测方案及观测成果

为保证路基拼接实施质量和路堤稳定性,在实施后的路基路面按不同的路基形式设置观测桩[5],对土体分层水平位移变形量和路基顶沉降量进行动态监控,既能根据反馈信息验证和完善拼接工艺技术方案,有效地控制施工速率,保证路基的稳定性[6],又能根据沉降监测资料,定量分析评价路基的工后沉降,从而合理确定运营时期的养护决策周期,保证运营后路面质量和服务水平。

该项目监测点布设在观测数据易反馈、地质条件差、地形变化大、设计施工敏感点等部位。同一路段不同观测项目的测点布置在同一横断面上,四个相接匝道上的新旧路基形式每段设置两组横断面观测桩。H匝道一般填方路基路段在横断面的路肩、边坡平台及坡脚位置分别设置观测桩;F匝道路段在泡沫轻质土挡板顶、路面顶及搭接路面顶分别设置观测桩;G匝道则在硬路肩、挡墙顶及挡墙外侧土体上分别设置观测桩;Ⅰ匝道在路肩及搭接路面顶分别设置观测桩。监测周期为每周1次,持续观测到巴田高速公路建成运营后一年,重点是对衔接路基工程完工后的半年(26周)进行监测监控和数据整理分析。工后半年(26周)各观测桩的监测结果、变形情况和路基稳定情况如表1所示。

由表1监测结果可知,基于不同旧路基形式选用相适合的路基衔接工艺技术方案,保证拼接路基实施后的整体稳定性好,路面累计沉降量小,路基变形速率低,大大减少了高速公路运营期的路基路面维护成本,缩短了养护周期。

表1 新旧路基衔接工程工后监测结果表

4 结语

本文依托工程实际研究得出:对不同的路基形式,有针对性地采用新旧路基衔接工艺技术方案,可大大减少新旧路基的差异性沉降和工后变形速度。经过实施后一定周期的观测结果表明,新旧路基衔接范围内路基稳定,路面平整度保持高质量,路基整体性大大提升。该工艺技术为新旧路基衔接工程提供了理论和实践基础,对于高速公路新旧交接及改扩建公路项目的路基拼接工艺技术具备参考价值,同时也取得了较好的经济效益和社会效益。