淺談公路改擴建工程技術對策

胡 燕

近年來,隨著國民經濟的快速發展,各地對于交通運輸容量的要求越來越高。在已經建成使用的眾多高速或一級公路中,由于受建設時期當地的經濟、工程技術等方面的影響制約,已經有相當一部分表現出對現有經濟和交通量發展的矛盾,部分路段還存在著大量的路基路面病害。考慮到上述方面的一些問題,我國公路網在未來的時間內將會面臨越來越多的改擴建問題。21世紀初沈大高速、廣佛高速、滬寧高速公路等眾多里程碑式的公路改擴建工程相繼建成通車,這為我們提供了許多寶貴的工程建設經驗。公路改擴建工程設計和新建工程相比存在很多需要探索和進一步研究的關鍵技術問題,如對路基路面現狀的評價、新老道路拼接的確定、改擴建技術指標的合理選取選擇等都直接影響到改擴建工程的規模和使用效果。本文結合作者參與的某公路改擴建工程,對關鍵工程技術問題的處理提出具體解決對策。

1 路基路面現狀

1.1 路基部分

1)路基填料。依據現場調查情況,原路基填料以常規填料——亞黏土、黏土為主,因原路面結構為水泥混凝土路面,隨著路面病害的不斷發展,不可避免的出現滲水軟化現象,現有路基填土含水量偏大,壓實度偏低,承載力下降。2)路基排水。部分路段填方邊坡坡面堆積、散落大量路面維修時的廢棄圬工,主要為原水泥混凝土路面廢棄混凝土塊、廢棄碎石,坡面排水不暢。3)路基沉降、穩定狀況。本路段為填方路基,部分路段臨靠河塘,且未設置護坡,沖刷使得臨空面高度增加,出現了邊坡滑移現象,邊坡穩定性較差。另外,部分路段存在軟弱地層,不均勻沉降使得路面出現了明顯的沉陷、縱橫向裂縫病害,影響了行車舒適感。

1.2 路面部分

本路段原路面結構為水泥混凝土路面,由于運營時間較長,加之軟土地基的沉降變形及雨水滲入,路面不可避免的出現了大量病害。管養部門及時高效的維修養護才保障了正常、安全的交通運營。本路段部分已進行大面積換板維修養護,路況有所改善,但仍有少量斷板、唧泥病害;同時部分路段已進行瀝青面層罩面對比處理,路況較好。

2 路基一般設計原則

2.1 路基橫斷面標準

本路段采用單側直接拼寬的擴建方式,擴建為四車道一級公路。按照相關規范要求整體式路基寬度為18.5 m,中央分隔帶寬1.5 m,具體斷面布置如下:

整體式路基寬度18.5 m(單側加寬 9.0 m),其中行車道寬4×3.50 m,中間帶寬1.5 m(含2×0.5 m路緣帶),土路肩寬2×1.5 m。

路拱坡度行車道、路緣帶及硬路肩采用1.5%,土路肩采用4%。

2.2 設計原則

1)路基填料的選用。本路段拼接段路基填料來源以當地一般黏土為主。項目所處區域土料的粘粒含量較高,液限和塑性指數等土體指標超過規范要求,因此路基填料的壓實度、脹縮性較難控制,必須經過一定處理才能在工程中使用。同時,為了減少改擴建工程路基填土的自身壓縮變形,控制新老路基之間的差異變形,采用對拼接路基填土全部作摻灰處理,以保證工程質量。

2)路基土的處理標準。a.當路堤邊坡高度(以下簡稱 H)不小于1.33 m時,清除地表 30 cm土層,路堤填土摻灰4%,壓實度不小于94%,路床填土摻灰 6%,壓實度不小于 96%;b.當 H≤1.33 m時,開挖至路床底標高后繼續向下翻挖20 cm,翻松土摻3%石灰拌和并碾壓,下臥層壓實度不小于90%,路床填土摻灰6%,壓實度不小于96%;c.由于原路線部分路段靠近河塘,在改擴建過程中的水塘、河溝清淤后回填土采用3%的石灰土回填,壓實度按照最下40 cm范圍不小于87%,其上部分不小于90%至原地面齊平。需將進行復合地基處理的路段回填一般黏性土至地表,壓實度不小于87%。

3 特殊路基處理

3.1 不良地質情況

根據地質勘探資料及區域資料分析,軟土地基是本項目主要的不良地質問題。軟土埋深一般為0.5 m～12 m,厚度一般為4 m～8 m,局部厚達12 m,主要為淤泥質黏土、粉質黏土,呈流塑～軟塑狀,潮濕～飽和,含水量高。其孔隙比較大,壓縮性高,強度低,易引起較大的工后沉降和新老路基差異沉降,須進行重點處理。

3.2 特殊路基設計

1)設計標準。沉降控制標準。為保證新老路基的良好銜接,本路段拼接路基施工完成后,原路路基中心與新路肩的橫坡度增大值應小于0.5%,與原公路橫坡相比不得出現反坡。拼接路基施工后,原路中心附加沉降增量應小于30 mm。加寬路基計算總沉降小于15 cm,工后沉降小于5 cm,新老路基差異沉降小于5 cm。

穩定驗算的安全系數。使用土工試驗給出的快剪指標,按復合地基進行穩定驗算,并以安全系數K＞1.2為復核控制指標。

2)軟基處理方案。本路段軟基處理方案的選擇主要是從控制總沉降、差異沉降和施工工藝、經濟等方面進行綜合比較,根據該項目軟基分布特點擬采用水泥攪拌樁(濕噴樁)進行處理,滿足拼接路基地基承載力強度要求及沉降量、差異沉降要求。指標參數及相關要求如下:a.濕噴樁樁徑50 cm,樁位在平面上呈等邊三角形布置,中心布設間距1.3 m～1.5 m,單樁每延米噴漿水泥用量為50 kg,樁基一般處理深度7.0 m～14.0 m。b.水泥攪拌樁設計無側限抗壓強度為 R90=2.0 MPa,R7=0.6 MPa,R28=1.0 MPa。現場檢測強度應滿足上述要求。

3)新老路基銜接問題。老路擴建成敗的關鍵因素之一就是避免新老路基的不均勻沉降而產生的路基縱向開裂。經計算表明路基基底差異沉降對拼接處應力變化最為明顯,同時最大拉應力位于路床及路面部分,為了緩解新老路基拼接部位的應力集中,調整新老路基拼接部位的應力狀態,保證加寬路基與舊路基的良好銜接,使其成為一個較好的整體,避免或減少橫向錯臺和縱向裂縫的發生,確定采取以下措施:a.在填筑加寬路基前先對老路基邊坡進行30 cm厚清坡處理。b.對老路邊坡進行削坡處理。從現場調查情況來看,老路基邊坡填土松散,壓實度偏低,且老路基坡腳堆積大量棄土、浮土。為了提高新老路基拼接質量,提高拼接段路基填土壓實度,擬統一確定老路邊坡削坡坡率為1∶1,既能對坡面浮土加以清除,又能保證新老路基拼接質量。c.在原路基邊坡上開挖臺階(臺階底向內傾斜2%),同時自下而上,開挖一階及時填筑一級,并按壓實度要求進行碾壓,初步擬定第一級臺階開挖尺寸為150 cm×150 cm,以上各級臺階開挖臺階為100 cm×100 cm,最上一級臺階由老路基邊緣向里開挖原路床80 cm厚填土至老路水泥混凝土面板,重新摻灰后回填加固。d.土工材料的應用。在新老路基的拼接中運用土工合成材料能有效地增強老路基與拼接路基土體間的連接性,限制和協調路基土體的變形,均化荷載,提高拼接路基的抗剪強度,增強拼接路基的整體性。

4 路面設計原則

4.1 路面鋪筑時間的確定

路面鋪筑必須待沉降穩定后進行,采用雙標準控制:即要求推算的工后沉降量小于設計容許值,同時連續兩個月觀測的沉降量每月不超過3 mm～5 mm(即在經過一定時間預壓后,若連續兩個月觀測的沉降速率小于5 mm/月時稱為路基穩定,此時方可開始路面鋪筑;進行路面底基層、基層和面層施工時,若連續兩個月觀測的沉降速率小于3 mm/月時,稱為路面層穩定)。

4.2 路面改擴建措施

1)因地制宜、經濟合理、經久耐用。路面設計本著因地制宜、合理選材、技術先進可靠、經濟合理、有利于機械化施工的原則。2)老路面盡可能利用,遵循寧填勿挖的原則。為了減少工程量,需要盡可能利用老路面。老路面改擴建強度須滿足設計基本要求,并對現有病害進行充分、恰當的處理。3)分幅進行路面改擴建設計。主要考慮到因原水泥混凝土路面左右幅填挖高的差異及本項目交通不能中斷的因素,老路改擴建采用分幅設計。路面改建實施期間不得中斷交通,因此老路面需采取分幅實施方法,先實施左半幅路面,完成后轉移交通至新建路面,然后實施右半幅老路面改建。

5 結語

為了適應我國社會經濟的迅速發展和交通需求的不斷擴大,多數運營中的公路都將面臨著改擴建的問題,在這之中必須做到仔細研究、科學比較,合理制定工程技術措施。在公路改擴建工程中,最關鍵與核心的問題就是如何控制減小新老路基的銜接所帶來的差異沉降。本文針對改擴建工程關鍵問題提出的具體技術方案,在工程實際中取得了較好的效果,為今后解決相關工程問題提供了一些參考。

[1] JTG B01-2003,公路工程技術標準[S].

[2] JTG D30-2004,公路路基設計規范[S].

[3] JTG F10-2006,公路路基施工技術規范[S].

[4] JTJ 017-96,公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S].

[5] 梁興勝.高速公路改擴建經驗探討[J].山西建筑,2008,34(27):309-310.