某高速公路扩建工程路基施工技术研究

2024-04-20杨学

工程建设与设计 2024年7期

杨学

（甘肃万泰建设工程有限公司，兰州 730010）

1 工程概况

某高速公路改扩建工程设计长度为312 km，高速公路原设计方案为双向4 车道，改扩建后变为双向8 车道，改扩建后设计速度为120 km/h，扩建方案以双侧拼宽为主，部分路段因地质条件变化调整为两侧分离加宽的形式。标准路段路基宽度为43 m，公路改扩建工程相关技术指标如表1 所示。

表1 高速公路扩建工程主要技术指标

2 高速公路扩建路基处理整体方案

扩建前的高速公路路基在22 年前已经施工完毕，路基沉降已经完成，路基以下的地基固结度接近100%。新扩建路基和老路基之间肯定会存在沉降差异，根据施工现场地质情况和施工经验，项目部对拼宽路基的软土地层采用桩基础处理方案，让软土地基形成复合地基，有效改善新旧路基的不均匀沉降。扩建地基处理的基本方案如下。

1）不同深度的软土埋深采用不同的桩基处理方式。软土埋深范围在2~10 m 时，采用水泥搅拌桩；软土埋深范围在10 m以上时，采用预应力管桩进行软土路基处理，其中，软土埋深范围在10~24 m 时，宜采用预应力管桩静压沉桩施工工艺进行地基处理。

本项目软土埋深范围大部分在6~8 m，根据以上施工经验采取水泥搅拌桩进行软土路基处理。

2）本项目路基高度相对较高，路基边缘区域的地基加固困难，为了节约地基加固成本和提升施工效率，项目技术团队决定采用轻质材料替换部分老路基，新拓宽区域路基借助大吨位压路机振动夯实能量来提升地面压实度，压实度要满足设计规范的要求，路基碾压设备首选光轮压路机。

3）新拓宽道路和旧道路在受到行车动荷载作用后，二者的变形会出现不一致的情形[1]。为了解决变形不一致问题，项目技术人员决定在拓宽路基和老路基结合部位进行加筋处理，具体做法是采用土工格栅加筋。需要注意的是土工格栅地层填土摊铺时，需要采用轻型推土机完成作业，避免损坏土工格栅，轻质推土机只能沿着路基轴线进行摊铺，土工格栅铺设完成后应立即进行碾压，从两侧向中间进行碾压。

4）道路施工周期较长，很难避开雨季施工，如果路基土含水率较高会影响路基的强度和刚度，也增加了路基土体的变形概率，导致新旧路基出现差异沉降，给路基带来裂缝等质量缺陷，影响道路使用安全。所以，在路基施工时还要特别注意路基的排水施工，确保路基施工过程中不存在积水，增加路基排水能力。

3 高速公路扩建工程试验段施工

高速公路改扩建工程施工的关键技术是新老路基搭接技术，新旧路基结合处的台阶开挖、土工格栅加筋材料施工、新建路基的地基处理方式以及路面防护水和排水施工都提出了很高的技术要求，为了确保施工方案的合理性、施工技术的可行性，在扩建工程正式开始施工前，选取K320+000~K325+000 段作为实验路段，试验路段填土采用低液限黏土，上路床采用6%的石灰改性，试验段施工完成后检测相关技术指标，质量检合格后开启正式施工。试验路段需要验证的内容如下：

1）验证水泥搅拌桩复合地基是否满足新扩建路基的地基处理要求；

2）确定新扩建路基施工碾压遍数并根据现场实际情况对施工工艺进行优化；

3）确定新扩建路基与老路基结合处铺设土工格栅加筋材料的施工方法；

4）确定新扩建路基与老路基搭接施工方法。

3.1 新扩建工程软土地基施工

该高速公路新扩建工程地基软土埋深在10 m 以内，大多集中在6~8 m。经过施工技术人员设计后确定，试验路段采用水泥搅拌桩进行路基施工，水泥搅拌桩桩长设计为6 m，桩身直径设计值为0.5 m，桩心间距为1.2 m，三角形布桩，局部区域桩间距有调整，单桩水泥喷浆用量设计值为60 kg/m。水泥搅拌桩施工工艺流程如图1 所示。

图1 水泥搅拌桩施工工艺

水泥搅拌桩复合地基施工完成后，养护结束达到养护条件后进行复合地基承载力检测试验和重力触探试验，承载力检测试验结果详见表2，重力触探试验结果详见表3。

表2 水泥搅拌桩复合地基承载力实验沉降量汇总 mm

表3 复合地基重力触探实验结果 kPa

从表2 可知，4 个监测点荷载分级加持量与地基沉降量的变化关系基本一致，根据规范要求取荷载板宽度（1 000 mm）的0.004 倍，即取沉降量为4 mm 时所对应的荷载为水泥搅拌桩复合地基承载力的基本值，即该高速公路扩建路基水泥搅拌桩复合地基承载力基本值为210 kPa，大于扩建路基承载力设计值150 kPa。所以，扩建路基软土地基采用水泥搅拌桩复合地基进行处理后的承载力满足设计要求。

重力触探试验是将重锤抬到规范要求高度后另其做自由落地运动，重锤与处理后的复合地基地面接触的瞬间产生冲击力，这时用地面预设的传感器测量复合地基的反弹力和振动持续时间，继而获取复合地基承载力。本次重力触探试验选择4 个点位，每个点位测量5 次，每个点位获取5 个承载力检测数值。

从表3 可知，通过重力触探测得的水泥搅拌桩复合地基承载力数值（4 个监测点位）均大于复合地基承载力设计值150 kPa，满足复合地基承载力设计要求。通过表2 和表3 中的试验数据综合分析可以，水泥搅拌桩复合地基可以有效提升地基承载能力，充分降低工后沉降的基础上，可以有效改善高速公路扩建工程中新旧路基不均匀沉降问题。

3.2 新扩建工程路基施工

路基施工中应用的机械设备包括振动压路机、光轮压路机、装载机、推土机、自行式平地机以及挖掘机等多种机械组合，为了对碾压工艺进行优化，现场碾压作业严格按照规范要求进行，遵循初压、复压以及终压的碾压顺序进行，所有碾压环节都遵循先慢后快，先弱后强（振动），先路基两侧，后路基中线，碾压均匀无漏压现象。现场压实遍数和压实度关系的试验数据如表4 所示。

表4 不同碾压遍数下的路基压实度实测值

从表4 统计的数据可知，采用光轮压路机静压压实一遍其压实度可达到89%以上，在弱振一遍，路基压实度可以达到90%以上，强振4 遍后路基压实度达到了96%以上，再继续强振路基的压实度变化不大，所以，最佳的碾压方式是：先静压1 遍，再弱振1 遍，再强振4 遍。按照此碾压组合方案进行碾压压实施工后，路基的弯沉值检测结果完全符合设计规范要求。可见，此碾压组合方式可以有效提升该扩建工程路基土体密实度。

3.3 土工格栅加筋施工

该扩建工程路基铺设两层土工格栅加筋材料，在扩建路基底部铺设一层土工格栅，另外一层土工格栅铺设在搭接台阶内侧到扩建路基边坡处。土工格栅施工内容主要包括：下承层的清理、土工格栅铺设、钢筋搭接绑扎、上层路基的摊铺以及碾压施工。土工格栅的铺设作业是发生在路基的下承层，所以，下承层平整度必须满足铺设要求。正式铺设时，将强度高的一侧垂直于路堤轴线，土工格栅横向铺设，铺设作业时不允许出现扭曲或者坑洼。采用搭接法进行纵向拼接，纵向两块土工格栅的搭接宽度应≥0.2 m。土工格栅铺设完毕后，及时填筑上层填料，上层填料摊铺后立即进行碾压作业，碾压方式从两侧向中间并行，压实度满足设计规范要求。

3.4 新旧路基搭接施工

新旧路基搭接施工关键技术包括台阶开挖、铺设加筋材料以及路基压实度控制。新旧路基施工中的台阶开挖采取自下而上的开挖方式，以及人工和机械配合开挖策略，每一开挖后的台阶必须有向内4%的倾斜度。如果开挖面顶端与路床的距离小于0.7 m，则二者应按照一个台阶开挖；如果开挖面顶端与路床的距离大于0.7 m，则二者应按照两个台阶开挖，如果是路床部分需要开挖台阶，则将其作为一个台阶开挖即可。路堤填筑前，现在路基底部铺设一层土工格栅，目的是对新旧路基进行加筋补强。路基边缘碾压时，要尽量贴边碾压，碾压完成后要立即进行压实度检测，确保压实度满足设计规范要求。