高速公路拓寬中的差異沉降控制技術探析

史建峰

(山西路橋第一工程有限公司，山西太原 030006)

近年來，我國公路建設突飛猛進，高速公路從無到有。到2012年年底，我國高速公路通車總里程9.6萬km，位居全球第一，為推動現代化建設做出巨大貢獻。在橋梁、隧道的建設能力上領先于世界，突破了在沙漠、凍土上修筑道路的世界性難題。但我們必須看到，在高速公路車道數量上，我國還處于起步階段，車道比較少。隨著車輛的增長，通行能力問題逐漸顯現。

在我國20世紀90年代修筑的公路中，絕大多數高速公路和一級公路都采用了雙向四車道，六車道和八車道的比例很低。隨著交通量的迅速增長，原道路交通出現十分擁擠的現象，加上重載、超載車的加入，并形成渠化交通，使原高速公路和一級公路的路面嚴重損壞，有的已危及交通安全。近年來，我國的很多主干線公路進入改擴建期。

在我國改擴建公路中，對于通行能力超過原設計能力的道路進行拓寬后，由于新舊路基的差異沉降，路面出現的問題主要有:新老路不均勻沉降、拓寬后老路縱向裂縫、拓寬后邊坡穩定性等。在高速公路拓寬工程中，差異沉降控制是工程質量控制的重中之重。

1 拓寬公路病害及成因

近年來，我國對部分高速公路進行了改擴建工程，由四車道改擴建為六(八)車道。改擴建公路投入使用后，普遍性的存在著新老路基差異沉降現象，出現了裂縫、錯臺等病害，降低了行車的舒適度，限制了道路的通行能力，對高速公路的經濟效益和社會效益造成了不利影響。

在我國，通過對已拓寬公路病害的調查可以看出，拓寬后投入使用的高速公路，在新老路基結合處且靠近老路部位出現的、以縱向裂縫為主的路面病害是最常見的病害形式。

縱向裂縫產生的最主要因素是新老路基差異沉降。出現差異沉降的原因是多方面的，主要包括:

1)設計原因。在我國，高速公路拼接技術還處于起步階段，無論是在設計還是施工上，基本上無規范可循，還存在著一些不合適的方面或問題。

2)施工原因。在新老路基結合部位，由于施工工藝比較復雜，施工難度大，施工工藝及質量控制極易導致工后沉降過大。

3)工程地質原因。新舊路面路基存在著土基差，當路面荷載增加后，新老路基底部土基發生的沉降也存在著差異。拼接后的公路投入使用后，由于舊路基的地基基本上已經固結沉降到位，其工后沉降要遠小于新路面部分的沉降。

4)路基填料原因。在新老路基的結合部位，路基材質、路面結構的厚度及強度等設計標準各不相同;同時，施工質量也存在著差異，這就使得拼接后的路面難以形成整體性。

5)其他原因。在我國的公路施工中，工程管理不嚴、搶工期、超載等其他方面的影響也會造成裂縫的產生。

2 高速公路拓寬中的差異沉降控制措施

大量的工程實踐表明，在高速公路拓寬工程中，采用合理的工程措施，有效的降低新老路基之間的沉降差，并確保新老路基之間的有效連接是施工質量控制的關鍵。

在我國的公路拼接工程中，新老路基沉降差異處治的措施主要有:1)采用合適的地基處治方法;2)采用邊坡削坡和臺階開挖的方法;3)采用土工合成材料(如土工格室、土工格柵等)處治;4)路堤的壓實度控制法;5)采用高強度的路基填料處治等。

1)進行地基處治的方法很多。在我國，常用的地基處治方法有換填碎石法、沖擊壓實法、以粉噴樁為代表的復合地基法、輕質路堤填料法等。根據地形地質條件，在工程中合理選擇合適的處治方法。

2)削坡和臺階開挖(見圖1)。在原路邊坡進行削坡或開挖臺階，對于提高新老路基之間的整體性具有重要意義。首先，對老路邊坡表面的植被土和壓實度不足的填土實現有效清除，利于對加寬部分的地基處理。再者，實現新老路路基結合部接觸面積有效增加，使得新老路基結合部摩阻力和抗剪能力有效增強。最后，為土工材料在橫向臺階面上的鋪設提供一個有效的錨固長度。

在施工中，僅在老路堤邊坡削坡并不能減少路基的沉降。在工程實踐中，很多新老路進行拼接施工時，都是采用先削坡后挖臺階，最后再進行新路基填筑。這對于提高新舊路基的銜接和結合是有利的。

在施工中，必須注意到不恰當的臺階開挖方式或方法極易導致塌方事故的發生。在施工中，特別是交通沒有封閉的，開挖時引發的坍塌問題應引起足夠的重視。

3)土工合成材料。在高速公路改擴建工程中，將土工合成材料，主要是土工格柵和土工格室應用于路面拓寬中，可以起到很好的拉筋作用，能夠有效的加強新舊路基的連接，實現路基水平應力和水平位移的降低，利于提高地基的整體剛度和承載力。

在高速公路擴建工程中，利用土工格柵與土體接觸面的摩擦作用及對土體的鎖定作用，在新老路基結合部使用可有效的預防差異沉降的產生。

土工格室是一種新型的立體蜂窩狀加筋材料。同平面結構的土工格柵等相比，土工格室加筋土的性能更加優越。在橫斷面上，土工格室的鋪設寬度對加筋效果的影響很大(見圖2)。土工格室的模量越大，高度越大，降低路基沉降越明顯。

圖1 臺階開挖與壓實

圖2 土工格室鋪設

4)壓實度控制。提高新路基的壓實度，利于降低路基自身的壓縮變形。但必須注意到，壓實度的提高會導致工程成本的增加和工期的延長。按照成本控制的要求，可采用新頒布的路基設計規范中的壓實度標準，不必再提高。

5)采用高強度的路基填料等。在安新高速公路改擴建工程第一合同段K1+275.989小橋處，臺背進行EPS填筑。

在高速公路拓寬工程中，實現對新老路基的沉降差異的有效控制，這對于提高行車的安全性和舒適度具有重要意義。

3 新舊路面結合部的處理

無論是原有路面還是新建拓寬路面，當受到溫度升降影響時其自身都會產生一定的伸縮。

路面結合部特殊處理，工程中主要是采用鋪設土工格柵、路面結合部采用小型壓路機壓實、路面結合部防水處理、路面結合部下部空洞處壓漿補強等方式。除上述方法外，還可以采用路面再生工藝，可以更好的提高新舊路面的平整度。

瀝青路面冷再生工藝。瀝青路面冷再生是采用大功率路面銑刨拌和機將原路面混合料就地銑刨、翻挖、破碎后，再加入穩定劑、水泥、水和骨料就地拌和后鋪攤，最后碾壓成型的一種新型路面處治技術。

瀝青路面熱再生工藝。現場熱再生是一種就地修復破損路面的過程，通過加熱軟化路面，鏟起路面廢料，摻入瀝青粘合劑及新的骨料，鋪攤后碾壓成型。

泡沫瀝青再生工藝。泡沫瀝青技術出現在1956年，是在高熱的瀝青中加入少量的水，水急劇氣化使瀝青大量發泡而產生體積膨脹，這種狀態的瀝青因為粘度相當低而具有拌和所需的工作性。

泡沫瀝青再生與傳統熱再生性能比較:

1)在泡沫瀝青冷再生料中添加了水泥，該混合料兼具柔性和脆性的特征，其抗拉性能處于熱拌瀝青混合料和半剛性材料之間，劈裂強度在0.41 MPa～0.64 MPa之間，適宜作為高速公路的基層或下面層材料。

2)泡沫瀝青混合料的毛體積密度處在2.05 t/m3～2.3 t/m3的范圍之間，比熱拌瀝青混合料的密度小，空隙率處在5.0% ～11.0%的范圍之間。

3)泡沫瀝青混合料的無側限抗壓強度處在2.3 MPa～4.5 MPa的范圍之間，能夠很好的滿足使用性能要求。

采用泡沫瀝青冷再生技術，相比采用其他同等設計使用年限的路面結構，從結構替代節省費用、節省銑刨料運輸費用、節約占地費用等方面進行測算，具有明顯的經濟意義。

4 結語

隨著我國交通量的快速增長，公路通行能力問題逐漸顯現，我國20世紀修筑的很多高速公路進入了改擴建期。高速公路改擴建工程對我國公路建設者來說，還是一個新的課題，高速公路加寬工程的理論研究明顯落后于施工。

在公路拓寬工程中，新舊路基差異沉降控制是保證施工質量的重中之重。加強新老結合處的地基處理，延緩差異沉降;合理進行新舊路面結合部的處治，防止路面發生變形，這對于保證拓寬后路面的正常運行，保證路面的平整度和舒適性具有重要意義。

高速公路進行拓寬，對于緩解我國日益嚴峻的交通壓力，保障交通安全，完善綜合運輸體系，促進地區經濟快速發展，具有重要意義。在我國，六車道及以上的高速公路占總里程的比重很小，高速公路拓寬在我國具有極大的發展及應用前景。

［1］王選倉.中國高速公路擴建及再生技術［Z］.2010.

［2］王選倉.我國高速公路拓寬技術［Z］.2009.

［3］中交集團第二公路工程局.滬寧高速公路拓寬工程路面拼接施工技術簡介［Z］.2006.

［4］潘立志，陳勇章.道路拓寬改建的一些要點［J］.山西建筑，2012，38(12):172-173.