高速公路改擴(kuò)建軟土地基與路基拼寬設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

劉佳輝

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，沿海發(fā)達(dá)地區(qū)早期修建高速公路逐漸不滿足交通量增長(zhǎng)需要，面臨改擴(kuò)建。從工程實(shí)踐來(lái)看，沿海地區(qū)高速公路改擴(kuò)建主要面臨兩個(gè)方面的技術(shù)難題，一是填方路段的軟土路基處治以及新舊路基不均勻沉降控制；二是路面拼寬處治及裂縫防治。本文以廣明（廣州番禺至佛山高明）高速公路改擴(kuò)建工程項(xiàng)目為例，介紹了沿海地區(qū)高速公路改擴(kuò)建工程軟土地基處理與路面拼寬常用技術(shù)方案，為同類項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】高速公路；改擴(kuò)建設(shè)計(jì)；軟基處理；路基拼寬；關(guān)鍵技術(shù)

Key Techniques for Soft Soil Foundation and Subgrade Width Design of Expressway Reconstruction

Liu Jia-hui

（Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute Group Co.， Ltd. Guangdong Foshan Guangdong 528000）

【Abstract】With the continuous development of economy and society， the early construction of expressways in the developed coastal areas gradually does not meet the need of traffic growth and is facing reconstruction and expansion. From the engineering practice point of view， the coastal expressway reconstruction facing two major technical problems， one is filling the soft soil roadbed subgrade treatment and uneven subsidence control of the old and the new road； the second is the road fight spell widening and crack prevention and control. Taking the Guangming （Guangzhou Panyu to Foshan Gaoming） expressway reconstruction project as an example， this paper introduces the commonly used technical solutions of soft soil foundation treatment and pavement width expansion for the expressway expansion project in the coastal areas， and provides technical reference for similar projects.

【Key words】Highway；Reconstruction and extension design；Soft foundation treatment；Embankment fight width；Key technology

1. 項(xiàng)目概況

廣明高速公路是廣州（番禺）至佛山高明高速公路的簡(jiǎn)稱，廣明高速公路起點(diǎn)位于廣州市番禺區(qū)化龍鎮(zhèn)復(fù)甦村，終點(diǎn)位于佛山市高明區(qū)更樓鎮(zhèn)白石。根據(jù)規(guī)劃，廣明高速公路向東連接國(guó)道主干線廣州繞城公路東段（以下簡(jiǎn)稱廣州東二環(huán)），向西將延伸至江門至羅定高速公路。是省高速公路網(wǎng)的重要組成部分，廣明高速公路橫貫佛山市東西，是佛山市東西向重要的交通走廊，是佛山市公路網(wǎng)的重要組成部分。廣明高速建成通車，將極大程度地促進(jìn)“廣佛都市圈”的形成，增強(qiáng)佛山作為廣東省“第三大城市”的綜合實(shí)力。項(xiàng)目全線軟土廣泛分布，軟土主要由第四系海陸交互相淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土組成，以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主。按其在空間上的分布特征可劃分為二層，其中第一層軟土由淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土組成，局部夾淤泥質(zhì)粉砂，分布較廣泛，大部分地段連續(xù)分布；第二層軟土主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，局部夾淤泥或泥炭土，分布連續(xù)性較強(qiáng)。本項(xiàng)目是利用佛山一環(huán)現(xiàn)有路基進(jìn)行改造為主，全線80%以上為填方路基，尤其是在路基拼寬路段，均為填方路基。綜上所述，本項(xiàng)目路基軟基處理和路面拼寬是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2. 軟土路基處治方案設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，考慮路基土特性，在軟基處理方案的選擇上，主要考慮了換填、袋裝砂井、CFG樁、深層攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁處理；其中，橋頭路基段主要采用了預(yù)應(yīng)力管樁+袋裝沙井、深層攪拌樁處理。詳細(xì)設(shè)計(jì)如下：

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

沉降標(biāo)準(zhǔn)：基準(zhǔn)年取15年，工后沉降（路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)殘余沉降）容許值要求如下：

（1）對(duì)于主路拼接路段新舊路基的工后差異沉降按不大于5cm控制。

（2）對(duì)于新建輔路路段取50cm，箱涵及箱型通道處取30cm，橋頭路段取20cm。

（3）可液化砂土地基處理至使液化指數(shù)不大于5。

（4）穩(wěn)定驗(yàn)算安全系數(shù)：穩(wěn)定驗(yàn)算的安全系數(shù)在施工期采用總應(yīng)力法進(jìn)行驗(yàn)算，其容許值為1.10，運(yùn)營(yíng)期采用有效固結(jié)應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，其溶許值為1.20。考慮地震時(shí)的安全系數(shù)不少于1.1。

（5）設(shè)計(jì)荷載：采用公路-I級(jí)，換算成等待荷載的土柱高度為0.9m。路基填料容重采用19KN/m3 。地震力的計(jì)算遵照線形《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，只考慮水平向地震力。endprint

（6）預(yù)壓期：預(yù)壓期指從施工靜載結(jié)束后等載沉降所需的時(shí)間。本設(shè)計(jì)在滿足工后沉降與穩(wěn)定的前提下，盡量采用較短的預(yù)壓期。本階段設(shè)計(jì)考慮采用不少于12個(gè)月的預(yù)壓期。

（7）預(yù)壓施工高度：等載預(yù)壓施工高度=路基設(shè)計(jì)高度+預(yù)壓期沉降量+路面與路堤填料的等效厚度差；超載預(yù)壓施工高度=路基設(shè)計(jì)高度+預(yù)壓期沉降量+路面與路堤填料的等效厚度差+超載高度。

2.2 淺層軟基處理方案。

厚度在0～2.5m以內(nèi)的軟土，采用換填法處理。首先清除淤泥或軟弱土層，換填砂，按要求進(jìn)行壓實(shí)后再填筑路基，利用置換的方式加強(qiáng)地基。該方法使用范圍廣泛，施工工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易控制，處理效果好，對(duì)環(huán)境影響不大。

2.3 深層軟基處理方案。

對(duì)于厚度大于2.5m的軟土地基，應(yīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選取合適的地基處理方案。減少新老路堤的差異沉降是擴(kuò)建工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前成熟的軟土地基處理方案可分為兩大類，一是預(yù)壓排水固結(jié)法（如塑料排水板、袋裝砂井等），二是復(fù)合地基法（如CFG樁、碎石樁、攪拌樁、擠密砂樁等）。本項(xiàng)目為改擴(kuò)建工程，對(duì)于改擴(kuò)建工程而言，由于工期緊、施工場(chǎng)地狹窄，同時(shí)還要維持既有道路交通正常運(yùn)營(yíng)等原因，預(yù)壓排水固結(jié)法需要的工期長(zhǎng)，并且堆載預(yù)壓會(huì)影響原路堤的穩(wěn)定性，因此初步設(shè)計(jì)不考慮排水固結(jié)法。

①CFG樁。

CFG樁由水泥、粉煤灰、碎石、石屑加水拌和形成的混合料灌注而成，它具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，是近年比較流行的一種復(fù)合地基處理方式。

CFG樁的特點(diǎn)：①顯著的樁體作用，樁土應(yīng)力比n=30～35，在復(fù)合地基中CFG樁的應(yīng)力集中比較明顯，樁體作用顯著；②CFG樁采用振動(dòng)沉管法施工，由于振動(dòng)和擠壓作用使樁間土得到擠密，經(jīng)加固后地基土的含水量、空隙比、壓縮系數(shù)均有所減少；③CFG樁復(fù)合地基承載力提高幅度大，加固效果顯著；④CFG樁復(fù)合地基變形小，沉降穩(wěn)定快。CFG樁具有承載力強(qiáng)，施工速度快，施工易控制，但是造價(jià)比較高。

適用范圍：淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土、飽和及非飽和的粘性土、粉土。

②素砼樁。

素砼樁由水泥、碎石和石屑加水形成的混合料灌注而成。素砼樁與CFG樁均為低強(qiáng)度樁，加固原理相同。

③水泥攪拌樁。

加固原理：水泥攪拌法施工時(shí)分為濕法（也稱深層攪拌法）和干法（也稱粉體噴射攪拌法）兩種。濕法是利用深層攪拌機(jī)，將水泥漿與地基土在原位拌和；干法是利用粉噴機(jī)，將水泥粉或石灰粉與地基土在原位拌和。攪拌后形成柱狀水泥土體，可提高地基承載力，減少沉降，增加地基穩(wěn)定性和防止?jié)B漏。

適用范圍：淤泥、淤泥質(zhì)土、含水量較高、地基承載力不大于120KPa的粘性土、粉土等軟土地基。

④預(yù)應(yīng)力管樁。

預(yù)制預(yù)應(yīng)力管樁是利用靜壓樁機(jī)或動(dòng)力打樁機(jī)將預(yù)制的砼預(yù)應(yīng)力空心薄壁管打入地基，地面荷載主要通過(guò)管樁向深層硬土層或基巖傳遞，并通過(guò)樁內(nèi)外壁與地基土摩阻力和擠密作用，使地基與樁形成復(fù)合地基。

適用范圍：淤泥質(zhì)粘土、粉土、一般粘性土、松散砂質(zhì)粉土等具有可達(dá)持力層的深層軟土。

方案特點(diǎn)：處理深度大、施工簡(jiǎn)單、樁距較大，造價(jià)較高，使用效果良好，對(duì)環(huán)境有一定的影響，要求有穩(wěn)定的可達(dá)持力層。

2.4 根據(jù)以上工程特點(diǎn)和軟土分布及特性，本項(xiàng)目擬推薦如下處治方案：

（1）原老路采用了換填法處理的路段，但考慮到軟基普遍較厚，本次加寬路基采用素砼樁處理；

（2）原老路采用袋裝砂井、CFG樁、堆載預(yù)壓處理的路段，本次加寬路基采用素砼樁處理；

（3）原老路采用深層攪拌樁處理的路段，本次加寬路基采用素砼樁處理；

（4）原老路采用管樁處理的路段，本次加寬路基及橋臺(tái)過(guò)度段采用管樁處理；

（5）涵洞、橋臺(tái)均不采用反開(kāi)挖施工；

（6）考慮本項(xiàng)目改擴(kuò)建工程為拼接加寬軟基處理，大部分路段采用等載預(yù)壓；

（7）處治路段設(shè)置2～3層土工格柵。

3. 軟土路基處治施工及注意事項(xiàng)

3.1 施工控制標(biāo)準(zhǔn)。

（1）填筑控制標(biāo)準(zhǔn)。

填筑速率應(yīng)由施工觀測(cè)來(lái)控制。填筑速度根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙控：路基中心的表面沉降速率宜控制在10mm/d，坡腳處的側(cè)向位移宜控制在5mm/d以內(nèi)。

（2）卸載標(biāo)準(zhǔn)。

在滿足連續(xù)3個(gè)月沉降小于5mm/月時(shí)方可進(jìn)行卸載。

3.2 路基填筑施工。

路基填筑擬采用薄層輪加法水平分層實(shí)施。對(duì)于不同處治措施，填土控制亦不同，一般情況下極限填土高度以內(nèi)可不控制填土速率。

3.3 施工工期。

通常情況下，按照2年控制。

3.4 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。

（1）在軟土路基填土施工過(guò)程中，主要通過(guò)埋設(shè)沉降板進(jìn)行表面沉降觀測(cè)和設(shè)置位移邊樁和測(cè)斜管進(jìn)行水平位移測(cè)量。

（2）若軟基所在地段為設(shè)置有擋墻等構(gòu)造物時(shí)，須結(jié)合擋墻的監(jiān)測(cè)進(jìn)行。

4. 路基拼接設(shè)計(jì)

4.1 在公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，拓寬后路基的質(zhì)量很大程度上決定著改建后公路的使用壽命。控制、延緩結(jié)合部處的開(kāi)裂是保證拓寬路基質(zhì)量的關(guān)鍵之一。因此，必須采取有效的處治措施以減少新拓寬路基的沉降量，進(jìn)一步縮小新老路基的沉降差；同時(shí)加強(qiáng)新老路基的銜接，并保證路基的填筑質(zhì)量來(lái)減輕新老路基性質(zhì)差異所產(chǎn)生的危害。根據(jù)相關(guān)研究成果與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中，新舊路基的拼接通常采取削坡+開(kāi)挖臺(tái)階的方式，同時(shí)為防治開(kāi)裂，在每層臺(tái)階處鋪設(shè)土工格柵。既有軟基路堤邊坡削坡和臺(tái)階開(kāi)挖的作用體現(xiàn)在：

（1）清除老路邊坡一定深度內(nèi)的表層植被土和壓實(shí)度不足的填土；endprint

（2）方便加寬部分路堤下軟基處理；

（3）增加新老路結(jié)合部接觸面積，增強(qiáng)結(jié)合部抗剪能力；

（4）橫向臺(tái)階面為土工隔柵的使用提供一個(gè)錨固長(zhǎng)度。應(yīng)該注意的是削坡也應(yīng)該滿足施工期間既有路基的穩(wěn)定要求。

4.2 最常用的開(kāi)挖方式包括兩種：一種是先削坡（1：0.5）再挖成臺(tái)階狀，另一種是直接挖成臺(tái)階狀。后一種開(kāi)挖方式又包括由上向下開(kāi)挖和由下向上開(kāi)挖。前一種方式可以一次性提供較寬的工作面，方便軟基施工，施工組織簡(jiǎn)單，同時(shí)也可以挖除壓實(shí)度不夠的老土，換填新土，但會(huì)增加工程量。后一種方式對(duì)老路擾動(dòng)少，可充分利用原有路堤，土方工程量小；但對(duì)于軟基施工、尤其是路堤邊坡下的軟基處理施工不利，需要采用逆作法等施工方法，施工組織較復(fù)雜。因此適用于不能放坡的軟基路段和非軟基路段拼接施工。

4.3 填土路段：對(duì)于填土路段而言，其填土經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)已比較密實(shí)，抗剪強(qiáng)度較高，具有一定的直立性，在施工期間采用彩條布等措施遮雨，同時(shí)加強(qiáng)排水措施及穩(wěn)定觀測(cè)，可以保障施工期間的運(yùn)營(yíng)安全，可以一次性開(kāi)挖邊坡到位，為軟基施工提供較寬的工作面，方便軟基施工，施工組織簡(jiǎn)單。推薦在填土路段采用該工法（工法C）進(jìn)行施工（工法C示意圖見(jiàn)圖1）。

4.4 填砂路堤：本項(xiàng)目軟土地基大部分路堤為填砂填筑而成，對(duì)于該填砂路堤應(yīng)選擇合適的邊坡開(kāi)挖方法進(jìn)行防護(hù)，以保障在施工期間的安全運(yùn)營(yíng)。在這類人工填砂路堤采用開(kāi)挖工作面進(jìn)行軟基加固施工需要特殊的防護(hù)措施。本次設(shè)計(jì)采用兩種處理方法：即工法A和工法B。工法A即在原路堤邊坡上填筑工作面后進(jìn)行軟基處理，待軟基處理完畢，再進(jìn)行反開(kāi)挖臺(tái)階進(jìn)行新老路堤拼接施工；工法B，即對(duì)老路堤進(jìn)行開(kāi)挖，對(duì)暴露的砂層采用掛網(wǎng)噴錨的方法進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)，之后進(jìn)行軟基處理并進(jìn)行路堤填筑。當(dāng)路堤高度大于3m，采用工法A；路堤高度小于3m，為簡(jiǎn)化施工，采用工法B（工法A見(jiàn)圖2，工法B見(jiàn)圖3）。

4.5 臺(tái)階的開(kāi)挖尺寸（寬度和高度）有一定的限制，一方面需要為新舊路堤間提供盡可能多的接觸面積，這就需要臺(tái)階要多而小；另一方面需要為土工格柵的鋪設(shè)提供足夠的錨固長(zhǎng)度。我國(guó)幾條高速公路加寬工程都把臺(tái)階高度控制在80cm 以內(nèi)，臺(tái)階寬度根據(jù)邊坡坡度確定在100～200cm之間。另外，臺(tái)階的開(kāi)挖尺寸（寬度和高度）和老路邊坡的填筑材料、壓實(shí)度等有關(guān)。對(duì)于本項(xiàng)目，參照我國(guó)成功經(jīng)驗(yàn)，臺(tái)階開(kāi)挖高度以80cm～100m作為控制值。對(duì)于填土路段，控制值可大一點(diǎn)，對(duì)于填砂路段則可小一點(diǎn)。

5. 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合廣明高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)項(xiàng)目，介紹了改擴(kuò)建項(xiàng)目中的軟土地基處治與路基拼寬技術(shù)，包括淺層軟基和深層軟基，采取不同的處治方案；同時(shí)，介紹了軟基處治的施工及其注意事項(xiàng)。結(jié)合軟土地基處治與路基拼寬施工工藝，按照填土路基和填砂路基施工，介紹了三種不同的路基拼寬施工工法，不僅確保了軟土地基路基拼寬施工質(zhì)量，還能保證工期。本文可為今后類似工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工提供參考。endprint