公路改擴(kuò)建路基拓寬關(guān)鍵處治技術(shù)研究

鄒 新 特

(湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)輛的數(shù)量迅速增多，各公路的交通量也隨之迅速增長(zhǎng)，原有的許多公路無(wú)法滿足現(xiàn)有交通量的通行；同時(shí)，20世紀(jì)修建的公路經(jīng)過(guò)十多年的運(yùn)營(yíng)，道路的功能性和結(jié)構(gòu)性方面已無(wú)法滿足要求。為了解決這些問(wèn)題，需要對(duì)原有的公路進(jìn)行改擴(kuò)建[1-3]。本文結(jié)合S316平江童市至城關(guān)公路拓寬改造工程實(shí)例分析路基拓寬的分類(lèi)和特點(diǎn)，探討路基拓寬的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題及處治技術(shù)。

1 路基拓寬分類(lèi)及特點(diǎn)

路基拓寬改擴(kuò)建工程是指利用現(xiàn)有道路，對(duì)其進(jìn)行拓寬改造，提高道路等級(jí)或改善道路服務(wù)功能，從而改善現(xiàn)有道路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使其具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)現(xiàn)有道路的利用可以少占土地并有利于環(huán)境保護(hù)[1]。

1.1 從路基拓寬方式分類(lèi)

1)單側(cè)拓寬。單側(cè)拓寬是指在老路基的某一側(cè)集中進(jìn)行拓寬，見(jiàn)圖1。此類(lèi)拓寬新老路基中心線不重合；新路基的路堤自重以偏心荷載的方式作用在老路基上，將使老路基產(chǎn)生新的不均勻的附加沉降；部分新路基落在新的填土上，由于老路基已經(jīng)修筑很長(zhǎng)時(shí)間，新路基的強(qiáng)度很難保證與老路基相同；但是此類(lèi)路基拓寬只有一個(gè)新老路基的結(jié)合面，施工比較方便，土石方工程集中在老路的某一側(cè)施工，原有的老路可以作為施工便道使用；施工時(shí)能安全地使用平地機(jī)、壓路機(jī)等筑路機(jī)械操作，使新填土較好地壓實(shí)，確保拓寬部分的質(zhì)量。

2)雙側(cè)拓寬。雙側(cè)拓寬是指在老路基的兩側(cè)都進(jìn)行拓寬，見(jiàn)圖2。此類(lèi)拓寬新老路基中心線重合；新路基的路堤自重以對(duì)稱(chēng)荷載的方式作用在老路基上，使老路基發(fā)生對(duì)稱(chēng)沉降；拓寬后路基能較多地利用老路基；但是此類(lèi)路基拓寬有兩個(gè)新老路基的結(jié)合面，比較難保證新老路基之間的結(jié)合性和整體性，特別對(duì)于高路堤，容易引發(fā)新老路基結(jié)合的病害，尤其是拓寬寬度不大時(shí)，病害特征尤為明顯。

1.2 拓寬前后邊坡坡率變化

1)保持邊坡坡率不變的拓寬。保持邊坡坡率不變的拓寬是指在路基拓寬前后新路基的邊坡坡率與老路基的邊坡坡率一樣的拓寬。此類(lèi)拓寬需在路基某側(cè)或者兩側(cè)增加用地，適用于地形、地物和地質(zhì)環(huán)境不受限制的條件下和低填方路段。

2)保持坡腳位置不變使邊坡變陡的拓寬。保持坡腳位置不變使邊坡變陡的拓寬是指在路基拓寬前后新路基和老路基坡腳位置不變，而新路基的邊坡坡率大于老路基邊坡坡率的拓寬。此類(lèi)拓寬不需增加用地，當(dāng)拓寬后邊坡坡率較大時(shí)用擋土墻等支擋結(jié)構(gòu)來(lái)支撐，適用于地形、地物和地質(zhì)環(huán)境受到限制的條件下和填方較高的路段。

2 路基拓寬的關(guān)鍵問(wèn)題和處治

舊路經(jīng)過(guò)多年的通車(chē)運(yùn)行，地基的固結(jié)已經(jīng)基本完成，其強(qiáng)度較大，而新拓寬路基的地基固結(jié)尚未開(kāi)始，所以新老路基的強(qiáng)度相差較大。現(xiàn)有的道路上進(jìn)行路基拓寬，需要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：1)新老路基的差異沉降；2)新老路基的穩(wěn)定結(jié)合。

2.1 新老路基的差異沉降

新老路基的差異沉降是新老路基結(jié)合處產(chǎn)生縱向裂縫等病害的主要原因。減小新老路基的差異沉降可以從減小路堤荷載和提高地基承載力兩個(gè)方面著手[4]。減小路堤荷載是從減小地基壓力方面來(lái)達(dá)到減小新老路基的差異沉降的目的。提高地基承載力主要從技術(shù)可行，施工成熟，經(jīng)濟(jì)合理的地基處理方法來(lái)選擇對(duì)地基進(jìn)行加固來(lái)達(dá)到新老路基的差異沉降的目的[5，6]。

2.2 新老路基的穩(wěn)定結(jié)合

新老路基的穩(wěn)定結(jié)合除保證軟土地基的處治質(zhì)量、采用新型的輕質(zhì)路堤填料和保證新填土的填筑質(zhì)量外，還需沿老路基坡腳向上開(kāi)挖臺(tái)階和鋪設(shè)土工格柵等處理。

2.2.1開(kāi)挖臺(tái)階

1)開(kāi)挖臺(tái)階將老路基邊坡上的草皮、種植土還有老路邊坡壓實(shí)度不夠的土予以清除；2)開(kāi)挖臺(tái)階使新老路基結(jié)合處的接觸面積大大增加，摩阻力和抗剪能力增強(qiáng)；3)開(kāi)挖臺(tái)階可以為土工格柵的鋪設(shè)和錨固提供一個(gè)平臺(tái)；4)開(kāi)挖臺(tái)階方便拓寬部分路堤下地基處理。

2.2.2加鋪土工格柵

新老路基結(jié)合處鋪設(shè)土工格柵加筋是利用土工格柵與填料之間具有很好的整體性和摩擦性的加固原理，使結(jié)合處的強(qiáng)度增加，具體作用如下[7]：

1)改善應(yīng)力狀態(tài)；2)減小差異沉降；3)約束側(cè)向變形；4)加強(qiáng)壓實(shí)作用。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

S316平江童市至城關(guān)公路是湖南省省道網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目，全線位于平江縣境內(nèi)，路線全長(zhǎng)17.600 km。K0+000～K9+600段路基設(shè)計(jì)寬度為10 m，路面寬度8.5 m；K9+600～終點(diǎn)路基設(shè)計(jì)寬度為12 m，路面寬度10.5 m。

3.2 數(shù)值模擬分析

本論文數(shù)值模擬選取K4+860處典型斷面進(jìn)行分析，該處斷面的加寬方式為單側(cè)拓寬，原老路路基寬6 m，填土高6 m，拓寬路基寬4 m。新舊路基接觸處開(kāi)挖臺(tái)階寬度為2 m，路基拓寬分三級(jí)填筑，并分別在新老路基接合處的頂面、中部及下部鋪設(shè)三層土工格柵，如圖3所示。

為了比較挖臺(tái)階和加格柵情況對(duì)拓寬路基的影響，對(duì)拓寬路基進(jìn)行不挖臺(tái)階且不加格柵、挖臺(tái)階不加格柵、加格柵不挖臺(tái)階以及挖臺(tái)階加格柵四種情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

3.2.1沉降分析

不挖臺(tái)階且不加格柵、挖臺(tái)階不加格柵、加格柵不挖臺(tái)階以及挖臺(tái)階加格柵四種情況下的路基總體變形和四種情況下的差異沉降量如表1所示。

表1 四種情況下的沉降量和差異沉降量 cm

從表1可以看出，不挖臺(tái)階且不加格柵、挖臺(tái)階不加格柵、加格柵不挖臺(tái)階以及挖臺(tái)階加格柵四種情況下的差異沉降分別為6.37 cm,6.06 cm,5.49 cm和4.74 cm；相較于不挖臺(tái)階且不加格柵，挖臺(tái)階不加格柵的差異沉降減小了4.9%、挖臺(tái)階不加格柵減小了13.8%，挖臺(tái)階加格柵減小了25.6%；這說(shuō)明了挖臺(tái)階加格柵的路基頂部差異沉降效果最好，且對(duì)于路基頂部的差異沉降，加土工格柵的效果好于開(kāi)挖臺(tái)階。

3.2.2側(cè)向變形分析

通過(guò)計(jì)算不同工況下坡腳處最大側(cè)向變形量，分析不同路基拓寬處治技術(shù)效果，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 四種情況下的側(cè)向變形量 cm

從表2可以看出，不挖臺(tái)階且不加格柵、挖臺(tái)階不加格柵、加格柵不挖臺(tái)階以及挖臺(tái)階加格柵四種情況下的坡腳處最大側(cè)向變形分別為7.83 cm，7.17 cm，4.70 cm和3.92 cm；相較于不挖臺(tái)階且不加格柵，挖臺(tái)階不加格柵的側(cè)向變形減小了8.4%、挖臺(tái)階不加格柵減小了40.0%和挖臺(tái)階加格柵減小了50.0%；這說(shuō)明了挖臺(tái)階加格柵對(duì)減小坡腳處最大側(cè)向變形的效果最好，且對(duì)于坡腳處最大側(cè)向變形來(lái)說(shuō)，加土工格柵的效果明顯好于開(kāi)挖臺(tái)階。

3.2.3穩(wěn)定性分析

邊坡穩(wěn)定性是指邊坡巖、土體在一定坡高和坡腳條件下的穩(wěn)定程度，常用的路基邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法有ordinary法、Bishop法、Janbu法以及Morgenstern-Price(M-P)等計(jì)算方法，本研究采用四種方法的均值進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

表3 四種情況下的穩(wěn)定性 cm

從表3可以看出，采用開(kāi)挖臺(tái)階和加土工格柵這兩個(gè)工程措施均可加強(qiáng)路基的穩(wěn)定性，就采取單一措施而言，加土工格柵的穩(wěn)定性好于開(kāi)挖臺(tái)階。

4 結(jié)語(yǔ)

1)路基拓寬工程的病害與路基拓寬類(lèi)型有關(guān)，路基拓寬類(lèi)型的選擇是由多方面因素決定的，在實(shí)際工程中需對(duì)所有因素進(jìn)行對(duì)比選擇。2)減小新老路基的差異沉降主要是采用新型輕質(zhì)路堤填料減小路堤荷載和采用地基處理的方法提高地基承載力。3)新老路基的穩(wěn)定結(jié)合除保證軟土地基的處治質(zhì)量、采用新型的輕質(zhì)路堤填料和保證新填土的填筑質(zhì)量外還需沿老路基坡腳向上開(kāi)挖臺(tái)階和鋪設(shè)土工格柵加筋等處理。4)路基拓寬中，挖臺(tái)階和土工格柵都能夠減少新老路基的差異沉降，都能夠減少路基的側(cè)向變形和提高邊坡的穩(wěn)定性。