關(guān)于高速公路拓寬工程路基差異沉降控制技術(shù)分析

袁良超

安徽水利開發(fā)有限公司 安徽 蚌埠 233000

背景介紹：

國(guó)外對(duì)于拓寬高速公路的路基研究相對(duì)國(guó)內(nèi)而言比較早，特別是對(duì)軟土地基的研究更加普遍，研究的主要方面是施工的方案設(shè)計(jì)，離心模型的應(yīng)用以及有限元模型的分析。1999年，美國(guó)普頓大學(xué)的Richard J.Deschamps等研究人員開始對(duì)拓寬路基進(jìn)行研究，給出了施工時(shí)的注意事項(xiàng)以及出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題的解決方案，并修訂了相關(guān)問(wèn)題的規(guī)范操作手冊(cè)，具體規(guī)范有以下幾個(gè)方面，介紹了拓寬路基的兩種不同類型分別是坡度不變拓寬法和坡度增加拓寬法；手冊(cè)中介紹了對(duì)印第安納州五條拓寬道路的研究詳情，其中有兩條是失敗的，三條是成功的；最后對(duì)拓寬路基可能遇到的問(wèn)題進(jìn)行了大致的總結(jié)。

目前，由于國(guó)內(nèi)拓寬路基的研究起步較晚，所以研究水平還停留在對(duì)實(shí)際拓寬路基的探索中，在設(shè)計(jì)施工的時(shí)候一般會(huì)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)采取相應(yīng)措施減少新舊路基的差異沉降。國(guó)內(nèi)的高速公路拓寬項(xiàng)目基本都實(shí)現(xiàn)了道路拼接，且在投入使用之后達(dá)到了預(yù)期的效果，在拓寬路基的工程中差異沉降問(wèn)題基本都得到足夠的重視，但是并沒(méi)有因此形成一套關(guān)于如何拓寬高速公路路基以及如何解決拓寬路基出現(xiàn)的問(wèn)題的完整體系，所以針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀，本文首簡(jiǎn)單介紹高速公路拓寬工程的研究現(xiàn)狀，接著先從差異沉降的原理和差異沉降的主要影響因素分析，然后根據(jù)我國(guó)公路的實(shí)際情況給出了差異沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)，最后從四個(gè)方面對(duì)比較常見(jiàn)的軟土地基的相關(guān)問(wèn)題給出了解決方案，以期為以后相關(guān)領(lǐng)域的更深層次的研究盡一份綿薄之力。

一、拓寬新舊路基差異沉降的原理和主要影響因素

1、差異沉降的原理

差異沉降就是通常我們所說(shuō)的不均勻沉降，更簡(jiǎn)單的理解就是路面發(fā)生了高低不同的現(xiàn)象，這是反映土木工程結(jié)構(gòu)地基變形中的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。在同一段路上，相鄰或者相近的路基發(fā)生了不同量的下沉（由于地基在受到壓力的作用下，土里的水分和空氣會(huì)被排出，土顆粒就會(huì)被壓縮，減小了路基整體的體積），這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)差值，這就是沉降。如果這個(gè)差值過(guò)大的話，就會(huì)對(duì)行車安全，行車質(zhì)量等造成很大的影響，例如會(huì)產(chǎn)生裂縫，發(fā)生路面傾斜等現(xiàn)象。路基拓寬之后不可避免的會(huì)出現(xiàn)不同程度的路基沉降不均勻的現(xiàn)象，這主要是拓寬技術(shù)不同造成的。

2、差異沉降的主要影響因素

（1）路基差異沉降的主要原因有路基地質(zhì)不同，路面施加不同壓力的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生不同的形變，即發(fā)生了不同程度的沉降。一般情況下，在進(jìn)行舊路基拓寬的時(shí)候，舊路基已經(jīng)基本完成了沉降過(guò)程，所以這也是我們需要考慮的重要因素之一。

（2）在進(jìn)行舊路基拓寬的工作中，由于技術(shù)不同的原因也會(huì)造成施工質(zhì)量不一致的情況。由于拓寬高速公路路基是一項(xiàng)比較宏達(dá)的工程，所以由人為因素造成的質(zhì)量差異也是不可避免的。所以在選擇施工總監(jiān)督及施工分監(jiān)督的時(shí)候?qū)ζ鋵I(yè)知識(shí)的要求一定是嚴(yán)格的。

（3）新舊路基在改良擴(kuò)建的時(shí)候，結(jié)合部分由于材料的差異，施工技術(shù)的差異，強(qiáng)度不一等原因，新舊路基無(wú)法完美結(jié)合也會(huì)出現(xiàn)一系列的嚴(yán)重問(wèn)題。

一般情況下，舊路基拓寬工程中，最容易發(fā)生差異沉降不均勻的地方是新舊路基銜接處，最不易出現(xiàn)此現(xiàn)象的地方是舊路基的中心線位置。由于新舊路基的相互融合和相互影響，所以其差異沉降值要根據(jù)具體路段情況才能進(jìn)行估算，但是差異沉降值的影響因素可以知道，一般是沉降位置，拓寬寬度，拓寬高度等。

二、拓寬路基差異沉降標(biāo)準(zhǔn)

由于高速公路的改建主要是投入使用，而路面的使用功能主要有結(jié)構(gòu)性和功能性兩個(gè)方面。結(jié)構(gòu)性主要是指路面的抗損壞性能，功能性主要是指行車是否安全，車輛的損耗，行車是否舒適，以及對(duì)環(huán)境是否會(huì)造成不良的影響。因此在對(duì)高速公路進(jìn)行拓寬路基研究的時(shí)候要綜合考慮從功能性和結(jié)構(gòu)性兩個(gè)方面研究才是比較合理的。

我國(guó)的路面多以柏油路面為主，在鋪設(shè)柏油路面的時(shí)候，一般情況下是一層一層的進(jìn)行的。所以，路面鋪設(shè)的質(zhì)量高低就和鋪設(shè)的層數(shù)和每一層的柏油質(zhì)量等是不可分割的。此外我們還要考慮層與層之間的融合度，若融合度不高也會(huì)產(chǎn)生不必要的。在施工的時(shí)候要注意新舊路基的橫截面和豎截面要在國(guó)家規(guī)定的范圍之內(nèi)，在施工完成之后要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，以保證工程是合格的。如果不加以重視這一點(diǎn)，路面發(fā)生的坡度突變可能會(huì)引起行車不便，甚至是行車安全問(wèn)題。另外若路面發(fā)生坡度突變，也不利于雨水的排泄，若雨水沒(méi)有得到及時(shí)的排泄可能會(huì)影響高速公路的正常使用。另外不均勻的沉降，會(huì)引起地面的不平整，進(jìn)而影響行車服務(wù)質(zhì)量，降低服務(wù)水平。

三、降低新舊路基差異沉降的方法

對(duì)高速公路的拓寬改造之后，不可避免的會(huì)出現(xiàn)差異沉降的現(xiàn)象，這是由于新舊路基的差異造成的，就路基由于建造時(shí)間久，路基已經(jīng)夯實(shí)，已經(jīng)基本完成沉降過(guò)程，但是對(duì)于新路基而言，新路基在受到路面的壓力之后，會(huì)發(fā)生沉降現(xiàn)象，所以差異沉降就出現(xiàn)了。為了減小新老路基差異沉降，我們需要從各個(gè)方面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)施工方案，下面我們從軟土地基設(shè)計(jì)，開挖低級(jí)設(shè)計(jì)，設(shè)置反壓護(hù)道，靜壓和沖擊壓實(shí)相結(jié)合和合理使用土工合成材料五個(gè)方面對(duì)軟土地基引起的一系列問(wèn)題提出相關(guān)解決方案。

1、軟土地基設(shè)計(jì)

拓寬高速公路路基需要從拓寬路段的土質(zhì)情況，需要拓寬的高度，施工的期限等方面進(jìn)行分析，最后確定一個(gè)合理有效的解決方案。在拓寬高速公路的工程項(xiàng)目中，一般對(duì)軟土地基會(huì)采用不同的方法進(jìn)行改造：換填法，復(fù)合地基法等。在前期的改建公路的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上知，加速固結(jié)法處理軟土地基比較有效，可以加快改造的周期。其中復(fù)合地基法是一個(gè)可行的方法，對(duì)于不同的深度可以采用不同的方法施工形成一個(gè)過(guò)渡帶，這樣可以有效地降低新舊路基的差異沉降問(wèn)題。

2、開挖臺(tái)階設(shè)計(jì)

在新老路基拼接的時(shí)候采用臺(tái)階法是比較常用的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能有效地減少新老路基的拼接問(wèn)題，為后期施工減少很多不必要的麻煩。在開挖的時(shí)候一般采用直接開挖的方式，從下到上的順序，開挖和新路基填充可以同時(shí)進(jìn)行這樣可以縮短施工的周期，更有效率。對(duì)于臺(tái)階的寬度一般情況下建議在一米以上，因?yàn)槿绻麑挾冗^(guò)窄，對(duì)施工方面來(lái)說(shuō)會(huì)有很大的難度，過(guò)寬的話，會(huì)占用很大的空間，也不利于路基的拓寬。在進(jìn)行填充工作的時(shí)候，可以采用一層一層的方式進(jìn)行，這樣不僅降低了施工的難度也能增加地基的穩(wěn)定性。

3、設(shè)置反壓護(hù)道

因?yàn)樾枰┕じ脑斓穆范我话惚容^長(zhǎng)，每一段的土質(zhì)就可能不一樣。對(duì)于一些土質(zhì)比較松軟的地段，我們可以采取一些相應(yīng)的措施來(lái)特殊處理。例如對(duì)于軟土地基來(lái)說(shuō)，我們可以填充一些土作為護(hù)坡道，利用護(hù)坡道自身的的重量，抵抗路邊連同軟土部分側(cè)滑，這樣也能有效提高路堤邊坡的穩(wěn)定性。反壓護(hù)道大約設(shè)計(jì)為路基高度的一般左右，寬度可以根據(jù)世紀(jì)路段來(lái)計(jì)算之后調(diào)整。

4、靜壓和沖擊壓實(shí)相結(jié)合

所謂的壓實(shí)，其實(shí)就是利用物理的方法，盡量減小土顆粒之間的空隙以達(dá)到減小體積的效果。普通的壓路機(jī)已經(jīng)可以滿足壓實(shí)度的要求了，對(duì)于新舊路面的特殊結(jié)合，我們常常采用沖擊碾壓的方法對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)，一樣可以有效地減小新舊路基的差異沉降。在已有的路面改建經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)利用靜壓和沖擊壓相結(jié)合的方式進(jìn)行路面的碾壓工作，可以有效地減少路面差異沉降。

5、合理使用土工合成材料

在高速公路拓寬的工程中，根據(jù)以往的拓寬路基的經(jīng)驗(yàn)，合理的使用土工合成材料可以有效地減少差異沉降現(xiàn)象，極大的避免發(fā)生地面出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，提高工程的質(zhì)量。常用的合成材料一般是土工格柵和土工格室兩種。其中土工格柵具有強(qiáng)度大，變形小，耐腐蝕，壽命長(zhǎng)，成本低，施工方便快捷和周期短等特點(diǎn)，是最常用的土工合成材料。土工格室具有伸縮自由，運(yùn)輸體積小，鏈接方便和施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，也是比較常用的合成材料。這兩種材料的使用可有效地減少地面出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題，縮短施工的周期，提高施工的進(jìn)度。

四、結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行拓寬高速公路路基的工程項(xiàng)目時(shí)，完全避免差異沉降現(xiàn)象是不現(xiàn)實(shí)的，但是我們可以通過(guò)采用合理的方法和手段來(lái)盡量避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。要減小新老路基的差異沉降，需要綜合考慮很多方面的原因，比如地基處理，開挖臺(tái)階設(shè)計(jì)等，這些措施都能有效地減小新舊路基的差異沉降問(wèn)題。本文我們給出了兩種控制差異沉降的標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)構(gòu)性和功能性，這是對(duì)路面監(jiān)控一種操作性比較強(qiáng)的方法。