高速公路擴建工程差異沉降控制

郭 華

（平頂山市公路管理局 直屬分局，河南 平頂山 467000）

0 引言

經過擴建的公路在使用一段時間后會在新老接觸部分發生開裂現象，加上雨水滲透和車輛反復作用很容易就會發生路面結構的破壞。這部分裂縫產生的原因主要是新老公路的拼接荷載的作用，在兩路基之間產生了不均勻沉降，高速公路擴建工程中如果不對這一問題引起重視，將會造成路面的斷裂，影響公路的正常使用，帶來行車安全隱患。

目前，我國對于高速公路擴建工程中，技術控制主要采用加強新舊路基的結合、提高新路基的承載力、應用土工合成材料、控制填料以及壓實度幾個方面，為了加強新舊路基的結合，在路基處理時采用臺階開挖的方式，增加新舊路基結合。為了節約造價，提高新路基的承載力也只是在局部橋頭等路段使用，在普通路基段只做一般的沖擊碾壓處理。土工合成材料使用較多的是土工格柵和土工布的使用。在填料上，主要采用透水性好、輕質的材料，減少滲水對路基的軟化作用，減少重量降低新路基的沉降量，但同樣，這種材料價格較高，使用不廣泛。雖然經過個中措施的處理，經過調查發現，仍然不能避免在結合處出現開裂現象。

1 擴建出裂縫產生的機理分析

1.1 不均勻沉降引起的裂縫

路基的沉降可以分為瞬時沉降、固結沉降和次固結沉降。瞬時沉降在體積變化不大、不排水的情況下，由剪應變引起。通常瞬時沉降較小，對新舊路基的沉降差異沒太大影響。而固結沉降是沉降差異產生的主要部分，土的骨架發生壓縮變形和剪切變形。次固結沉降是在有效應力保持穩定情況下，土體發生蠕變引起的，作用時間長，但引起的沉降差異較小。

新舊路基由于填筑時間不同，其沉降速率和沉降量也明顯不同，在交接處存在應力集中和應力突變現象。在彎拉應力增大超過結合面強度時，就會在結合處錯臺開裂。新填路基在重力的作用下會發生側向移動，帶動上面填土的側向位移，加速填土沉降，這樣在結合處就會出現橫向和豎向的移動，既是當時修建時處理較好，但路基沉降固結是一個長期的過程，新路基修建好后，要經過一個較長時間的次固結過程，最終造成一定的沉降差異。

1.2 機械原因引起的裂縫

在擴建施工時，由于碾壓機械的特點，可能會導致在新老交接處有一部分路基無法碾壓到，路面基層的不平滑立面也會影響壓路機在邊緣碾壓。在這些位置，既是采用其他壓實措施，材料的壓實度可能也達不到預想的要求，和其他正常碾壓部分有一定的區別。從而造成了結合部的基層強度較低，引起路面的裂縫產生。

1.3 新建基層收縮導致的裂縫

新建基層在溫度的影響下會有較大的變形，特別是低溫狀態下，基層材料會向自身的中心點方向產生收縮，在結合部位產生裂縫，高溫時裂縫又會因為部分收縮恢復變小，在溫度循環下，最終導致裂縫永久產生。

另外在施工過程中，如果沒有封閉交通，老路面上的車輛通行引起的振動荷載也會就一步加速裂縫的產生。

2 沉降差異的控制措施

2.1 開挖臺階和邊坡削坡

通過對老路邊坡一定深度的表層植物土進行清除，在交接處采用開挖臺階的方式，可以方便下層軟基的處理，增大新舊的接觸面積，從而增大結合部位的摩阻力和抗剪能力，必要時在臺階上加設土工格柵，并提供一定的錨固長度，在削坡時要保證路基的穩定性不受影響。

通常采用工序是小進行削坡，然后開挖臺階，臺階的寬度越大、高度越小路基的沉降量和水平位移會越小，臺階尺寸一般控制在高度80cm以內，寬度在60～200cm，根據邊坡坡度具體確定。臺階的內傾角要保證較大的嵌鎖作用，一般在2%～4%，在設置中還要考慮施工環境，例如存在內傾角時不利于壓實效果，雨期不利于排水，路基邊坡坡度較大時，破壞不是接觸面的水平滑移，而是圓弧的滑移線。

2.2 加強新建路基的承載力

新建路基的固結度明顯比老路堤低很多，這也是不均勻沉降存在的主要原因，在擴建工程中要加強新建路基的處理，盡可能的使新老路基處于一個結合良好的整體。針對地質情況的不同，路基處理時要采取不同的措施。

一般路基，路基填料主要為粘土，強度低，可以進行沖擊壓實，增加壓實遍數，在上面加鋪一層碎石墊層，在橋頭部位還可以采用CFG樁和碎石層處理。在墊層和碎石層上再均鋪高強土工格室。

對于軟土地基，要提高軟土的壓縮量，減小路堤本身荷載，同時保證路堤的邊坡穩定性以及本身的強度和變形，常用的方法有復合地基法、輕質路堤法、排水預壓法以及隔離墻等。而新型輕質路堤法，采用輕質粉煤灰、EPS塊體、輕量混合土等具有較好的效果，粉煤灰抗剪強度會隨著時間增強，EPS塊體在成型過程中形成封閉均勻的空腔，具有較高的強度，輕量混合土則有著較輕的自重，并且價格便宜，可以通過外加劑調節其強度。氣泡混合土還有較好的流動性和自立性。

2.3 土工合成材料在擴建工程中應用

土工合成材料可以有效的減少路堤的不均勻沉降，使用較多的是土工格柵以及土工格室，可以使新舊路基的整體性提高，增加路基的承載力，降低路堤自重引起的水平位移和水平應力，從而防止路面的開裂。土工合成材料的主要性能指標是其本身剛度，剛度越大，作用效果越明顯。土工格柵的變形模量大，抗拉強度高，和土體之間有較大的摩擦系數。土工格室具有耐老化性、耐腐蝕性、力學性能好,是一種應用范圍廣泛的材料，可用于與邊坡防護、擋土墻、河道治理、堤壩工程以及城市排水管道等工程。

2.4 控制路基填料和壓實度

路基填料最好采用壓縮性低、水穩定好的填料，以砂石填料為宜，保證土的含水率接近最佳含水率，含水量過大時可以摻加石灰、粉煤灰等材料。不能采用液限大于50%、塑性指數大于26的細粒土。在路基基底要清除30cm，并換填50cm的碎石墊層進行沖擊碾壓。壓實度控制上，要滿足路基上部的承載力和路基下部的固結變形，但過高的壓實度可能導致單價的增加，延長工期，對質量產生一定的副作用，所以根據土質和實際工作狀況，壓實度應滿足相應標準要求。

3 擴建工程差異沉降的控制指標

對于高速公路擴建工程，新舊路面結合處不論采用怎樣的措施，都不可避免的會產生一定的沉降差異，所以允許擴建路面結合處沉降的范圍，不影響公路的正常使用具有重要的意義。

國外對沉降差異的允許值相對較大，只是在相鄰結構物上對沉降差進行嚴格限制，對于產生的沉降主要放在后期養護上解決，雖然在施工時要求降低很多，但對以后的養護和運營留下太大壓力。我國普遍存在的現象是重建設輕養護，在管理和運營水平不高的情況下借鑒國外的這種方式顯然是不可行的。對于沉降差的控制認為從縱坡、橫坡以及平整度三方面考慮，要求沉降差建議不能超過0.4%。根據路表面最大應力的產生引起路面裂縫的原理，高速公路的路表沉降差異建議不能超過2cm。

目前，對于擴建的新老路基沉降差控制還沒有成熟的理論和標準，所以研究不同的沉降差異對路面正常使用性能的影響具有重大的意義。

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