高速公路拓寬工程路基差異沉降控制技術(shù)探析

余進 許昌

摘? ? 要：基于高速公路拓寬路基差異沉降的控制，本文通過沉降原理的分析，從技術(shù)角度提出了控制措施，所述內(nèi)容具有一定的參考性，盼為我國高速公路的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：高速公路;路基拓寬;差異沉降;控制技術(shù)

1? 拓寬路基差異沉降形成原理

一般情況下，高速公路拓寬過程中，原有路基經(jīng)過運營及最不利季節(jié)后已基本趨于穩(wěn)定，固結(jié)與次固結(jié)沉降也基本結(jié)束，且在行車荷載與路基自重的持續(xù)作用下，軟土地基中水分排出完畢，土顆粒骨架間已基本無蠕變現(xiàn)象，地基結(jié)構(gòu)與性能逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)。對于拓寬路基而言，其在施工階段及其完成后會綜合發(fā)生初始沉降（主要發(fā)生于施工階段）、固結(jié)沉降與次固結(jié)沉降，并且固結(jié)與次固結(jié)持續(xù)時間較久，直至公路運行一定時間后才會逐漸穩(wěn)定，故而在此作用下，新舊路基會因沉降程度不同而于拼接處產(chǎn)生錯臺現(xiàn)象（即差異沉降）。

實際上，高速公路拓寬后新舊路基間必然會出現(xiàn)差異沉降，而差異程度取決于路基高度、拓寬寬度、拓寬方式、地基壓縮模量以及新舊地基固結(jié)程度。新舊路基一旦出現(xiàn)差異沉降，在拓寬路基固結(jié)與次固結(jié)沉降結(jié)束之前，其會隨著時間的推移逐漸增大，并且最終表現(xiàn)為路面開裂和錯臺，從而引發(fā)一系列病害（如水損害），故而在路基拓寬施工階段，便需采取措施最大限度的減小差異沉降。

2? 拓寬路基差異沉降控制措施

2.1? 削坡和開挖臺階

針對舊路路基，將邊坡一定深度范圍內(nèi)的松散土體利用削坡的方式進行清除，并且按規(guī)定將其開挖成臺階形式，以此增加新舊路基的結(jié)合面，提高二者之間的摩阻力及抗剪能力（同時還可為土工格柵的鋪裝提供錨固長度），確保路基拓寬后擁有足夠的整體性與穩(wěn)定性。一般情況下，對于舊路路基邊坡的處理，常用方法有直接開挖臺階和先削坡后開挖兩種形式。在具體實施過程中，為保證新舊路基銜接良好，削坡一般采用1：0.5～1：1.5的坡度，而在開挖臺階時，其順序按自上而下或自下而上均可，但是基于施工便捷性的考慮，實際施工多以自下而上開挖順序為應(yīng)用;臺階尺寸以臺階寬度與高度為主要控制，在高速公路拓寬施工中，臺階高度不宜小于30cm（一般≤100cm），寬度應(yīng)≥2.0m（最小不得小于1.0m），具體應(yīng)根據(jù)削坡坡度、路基填料及壓實度等因素綜合而定;此外，為保證新舊路基的整體穩(wěn)定性，以防出現(xiàn)錯臺或滑移現(xiàn)象，臺階開挖還需設(shè)置2%～4%的反坡（即內(nèi)傾角）。

2.2? 土工格柵加設(shè)

在高速公路路基拓寬施工中，土工格柵的應(yīng)用主要作用為：①擴撒和均布應(yīng)力;②提升地基承載力;③減小加寬路基水平應(yīng)力及水平位移;④具有拉筋作用，加強新舊路基間的銜接性與整體性。

土工格柵作為一種土工合成材料，在高速公路路基拓寬施工中將其鋪設(shè)于路基基底與每層臺階頂面后，其所具有的加筋功能可在改善新舊拼接處整體受力性能的同時有效減少行車作用下荷載向路基中的傳遞及擴散，以此達到抑制新舊路基差異沉降的目的。基于高速公路拓寬后受力性能的分析，由于最大剪應(yīng)力一般出現(xiàn)于臺階邊緣向舊路方向1.0m處，因此土工格柵鋪設(shè)時應(yīng)于臺階邊緣處向內(nèi)延伸3m左右;此外，當上部荷載（包括行車荷載與路基自重）超過土工格柵所能承受的極限應(yīng)力時，其便會發(fā)生變形與位移現(xiàn)象，且當位移超過一定界限時，進而會引發(fā)路基及路面出現(xiàn)開裂。鑒于此，為提升道路拓寬的整體質(zhì)量，在土工格柵鋪設(shè)時，需在規(guī)定時間內(nèi)對其施加一定的預(yù)應(yīng)力，并待變形穩(wěn)定后再實施回填作業(yè)，如此可有效防止道路拓寬后路基路面因土工格柵位移而出現(xiàn)裂縫病害。與此同時，為提升加固效果，建議在路基頂部鋪設(shè)一層土工格柵。

2.3? 設(shè)置分隔墻

新舊路基間分隔墻的設(shè)置，其作用為：（1）抑制舊路中心上抬，避免與加寬部分出現(xiàn)“錯臺”。（2）有效改善新舊路基豎向沉降。實踐表明，對于地表附加沉降，分隔墻的設(shè)置可使道路中線及其兩邊15m范圍內(nèi)減少大約50%，加寬部分減少大約20%。（3）降低加寬施工對原有道路橫坡的改變。調(diào)查現(xiàn)實，加寬路基施工過程中，當未設(shè)置分隔墻時，其可改變原有道路橫坡1.0%左右，設(shè)置分割墻后則會降至0.4%，應(yīng)用效果表現(xiàn)明顯。

2.4? 輕質(zhì)材料回填

一般情況下，為減少因新舊路基回填料自身性能的差異而引發(fā)的不均勻沉降，拓寬部分路基回填料應(yīng)與舊路路基保持一致。但在軟土地基情況下，由于地基承載力表現(xiàn)較低，容易出現(xiàn)壓縮沉降，因此為減小路基自重，可采用EPS（聚苯乙烯泡沫）、氣泡混合輕質(zhì)土以及粉煤灰等輕質(zhì)材料進行路基回填，以此達到降低新舊路基差異沉降的目的。

對于輕質(zhì)路填料對新舊路基差異沉降控制作用的驗證，長安大學公路學院翁效林教授曾采用1kN/m3、10kN/m3、與19kN/m3、三種不同重度的材料進行了仿真分析，結(jié)果顯示：在三種不同重度材料下，竣工時地表差異沉降量分別為4.08cm、13.13cm和21.68cm，新舊路基表面差異沉降量對應(yīng)別為4.09cm、7.59cm和9.31cm，由此表明，新舊路基差異沉降量隨著拓寬路基回填料重度的增大而增加，即回填料越輕，差異沉降越小。因此，在實際施工中，采用輕質(zhì)材料作為拓寬路基的回填料，對于新舊路基差異沉降的控制具有顯著的效果。

2.5? 路基壓實控制

路基壓實以減小填料顆粒空隙率、提升密實效果為主要作用，以此使填料顆粒間接觸面增大，內(nèi)摩阻力與凝聚力增強，最終達到提升路基強度及控制路基變形的目的。高速公路拓寬施工中，由于新舊路基拼接處通常為最薄弱環(huán)節(jié)，加之碾壓難度較大，大型壓路機難以涉及，因此壓實效果相對較差，致使不均勻沉降明顯，路基整體性與穩(wěn)定性表現(xiàn)較差。

壓實機具對壓實效果影響重大，當壓實機具噸位較小時，路基回填土的密實度雖然隨著碾壓遍數(shù)的增加而增長，但是增長速度較慢，且當達到最大該壓路機對應(yīng)的極限壓實度時，即使壓實次數(shù)繼續(xù)增加，也只能引起土體的彈性變形，而不能再增加壓實度;當壓實機具噸位較大時，當強度極限達到后，隨著壓實次數(shù)的增加，土體變形急劇增加而達到破壞。且當機具過重以至于超過土的強度極限時，則會立即引起土體破壞。此外，壓實機具的碾壓速度對壓實效果也有極大的影響，研究表明：碾壓速度越快，壓實效果越差。因為應(yīng)力作用時間越短，變形越小，土的粘性越大，影響就越顯著，所以為了提高壓實效果必須選擇合理的碾壓速度。

實踐表明：沖擊壓實能獲得較大的沖擊力，從而提高土體的密實度，使得土體更容易達到彈性狀態(tài)。因此在公路拓寬改建工程中，沖擊壓實能夠路基的整體穩(wěn)定性、降低差異沉降。

3? 結(jié)語

高速公路拓寬工程施工過程系統(tǒng)而又復(fù)雜，本文以控制新舊路基差異沉降為論述目的，從臺階開發(fā)與削坡、土工格柵加設(shè)、輕質(zhì)材料回填以及沖擊碾壓4方面提出了控制措施，所述內(nèi)容雖不全面，但對實際施工具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1] JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 翁效林.高速公路拓寬路基差異沉降控制技術(shù)研究[D].西安：長安大學，2009.

[3] 胡志文.高速公路拓寬工程路基差異沉降分析與控制技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學，2017.