高速公路改擴建新老路基搭接區(qū)域補強技術研究

肖紅星

摘要：高速公路改擴建工程中，新老路基搭接區(qū)域的壓實度差異是導致不均勻沉降的主要原因。為了保證擴寬公路路基的使用性能，通過對加寬路基試驗段的強力夯實補強現(xiàn)場試驗，對強力夯實機的補強效果進行了研究，并總結(jié)了出相應的施工要點及質(zhì)量控制方法，為高速公路改擴建工程路基加寬質(zhì)量控制提供了一定的參考。

Abstract： The difference in compactness between the overlapping areas of the old and new roadbeds is the main cause of uneven settlement in highway expansion project. A series of field test has been conducted to ensure the performance of the widened roadbed. The test results indicate that? the reinforcement effect by strong rammers have the compaction of roadbed promoted. Also， the corresponding construction points and quality control methods are summarized. It provides a certain reference for the quality control of the highway subgrade widening and expansion projects.

關鍵詞：高速公路改擴建;路基加寬;強力夯實機;路基補強

Key words： highway reconstruction and expansion;roadbed widening;strong rammer machine;roadbed reinforcement

中圖分類號：U418.8;U416.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0197-03

0? 引言

在公路工程路基施工過程中，路基壓實度是重要的質(zhì)量控制指標。如何確保高速公路路基的壓實質(zhì)量，提高路基的使用性能，減小工后沉降，成為了高速公路研究的重點問題。黃寫勤[1]等對于高速公路改擴建工程中新老路基不均勻沉降等問題進行了分析，并提出相應的處置措施。在高速公路路基施工中，強力夯實機作為路基補強的一種重要手段，在路基工程中應用較為廣泛。曹斌等[3]及王靜[4]研究了夯實機在高速公路改擴建工程新舊路基結(jié)合部的應用，得到了部分地區(qū)條件下的夯密補強的技術參數(shù)。莊仲欣[5]對于山區(qū)公路隧道棄渣填筑路基的相關夯密補強的相關技術參數(shù)進行了研究。

對于高速公路改擴建工程而言，新老路基搭接區(qū)域的壓實程度直接關系到加寬路基的沉降，影響加寬后高速公路的使用性能。對于服役多年的老路堤邊坡土體，在自然環(huán)境及邊坡植物的影響下，其土體往往已經(jīng)較為松散，壓實度無法滿足設計要求，若不進行處理直接拼接，可能會在運營期車輛荷載的作用下出現(xiàn)較大工后沉降，甚至造成加寬路面的開裂、滑移等公路路基病害。為了更好地控制加寬路基的變形，減小新老路基間由于壓實程度不同造成的強度不匹配的問題，故提出了強力夯實機追密補強老路基邊坡的技術。

1? 強力夯實機補強原理及試驗

強力夯實機對土體施加1.5MPa左右的壓力，并通過一定頻率的振動引發(fā)土體的共振，在一定時間內(nèi)連續(xù)擊壓，能夠達到破壞土體原有骨架結(jié)構(gòu)、使土體顆粒空隙受到振動及壓縮而縮小，顆粒間出現(xiàn)錯動，達到土體夯擊密實的效果。在高速公路改擴建工程中，新老路基土體由于密實程度不同，其土體的變形模量、強度等均存在較大差異，通過夯實補強，能夠有效提升新加寬路基的密實度，提高承載能力，減小與老路基之間的強度、剛度差異，進而達到減小路基橫斷面的不均勻沉降，提高新老路基結(jié)合程度，降低工后路面破裂的風險。為了驗證強力夯實追密補強技術的有效性，依托某高速公路改擴建工程，選取了試驗段對該補強措施的效果進行了試驗測試。

試驗段選在京港澳高速公路河北段改擴建工程中K160+200～K160+300之間，路基填土為低液限粘土，路基填高為5.6m，該段土的最大干密度為1.92g/cm3，最佳含水率為13.2%。試驗段布置如圖1所示，共布設了25個輕型觸探點（強夯前后），26個壓實度檢測點（強夯前后），另外分別在該試驗段樁間新增了10個點用于輕型觸探。

2? 試驗結(jié)果及分析

2.1 夯點夯擊前后壓實度的對比

路基夯點位置夯實后壓實度的增加值如圖2所示。從圖2可以看出，與夯實前的路基相比，強力夯實后路基壓實度平均增長幅度約為3.68%，表明強力夯實作為常規(guī)壓實機械外的補強措施，在提高路基壓實度方面作用效果明顯。對于夯點位置強力夯實前后測點含水率的檢測發(fā)現(xiàn)，夯點的含水率由于土體受到夯擊力，空隙被壓縮，使部分孔隙水水出現(xiàn)遷移，造成含水率有最大1.5%的變化。

2.2 夯間土夯擊前后壓實度的對比

路基夯間土夯實前后的壓實度增加幅度如圖3所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，夯間土壓實度的增加幅度與夯點的增長幅度相比，處于較低水平，平均增加幅度約為1.6%，甚至出現(xiàn)了部分測點壓實度無變化的現(xiàn)象，這是由于在強力夯實機的振動作用下，部分測點的表層土體出現(xiàn)松散狀態(tài)所致。整體而言，夯實后的路基土體壓實度是有所增加的，作為補強措施是可行的。

表1為強力夯實前后含水率與壓實度增加值之間的關系，從表1可以看出當強力夯實前后的含水率之差在±1%范圍之內(nèi)壓實度將平均提高1.64%，含水率之差在±1%～±2.3%范圍的壓實度提高1.51%。

2.3 夯點夯擊前后承載力對比

通過輕型觸探設備對夯點夯實前后的路基承載力進行了測試，承載力的計算公式如下：

式中，N為30cm的輕型觸探錘擊數(shù)。

承載力的增加量可以使用下式計算：

式中，ΔN為30cm內(nèi)輕型觸探錘擊數(shù)增加次數(shù)。

從實際測點的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，夯實后相較夯實前的輕型觸探錘擊數(shù)增加明顯，入土30cm、60cm及90cm的錘擊次數(shù)分別增加了18次、12次和13次，最高單點錘擊數(shù)增長率接近60%，各測點錘擊數(shù)增長率如圖4所示。通過公式（1）和（2）的計算可以得到在路基壓實面下0～30cm、30cm～60cm、60cm～90cm范圍內(nèi)，承載力分別增長了144kPa、99.5kPa和104kPa，增長幅度約為夯實前的25.21%、19.89%和30.61%，夯實對于路基強度的提升作用顯著，有效提高了路基的承載能力。

3? 強力夯擊機施工要點及質(zhì)量控制

強力夯擊機在施工方面應該注意以下幾個方面：

①因強力夯實對豎向影響顯著，加之舊路邊坡壓實度較低，建議臺階開挖頂面要進行強夯加固。

②施工前按每填筑一個臺階高度（高80cm、寬120cm），布設兩排夯點，呈梅花型布置，夯點中心間距不大于1m。

③每80cm（即每個臺階高度）先進行強力夯實，結(jié)合部補料后再進行重碾補強。

④在夯實的工程中一定要有人指揮以防夯實點間距過大和偏移。

⑤施工過程控制應以工藝參數(shù)控制為主，即每個擊點作用時間為8-13秒，單點夯擊80次以上。

4 結(jié)語

本文基于高速公路改擴建工程中新老路基搭接區(qū)域的強力補強現(xiàn)場試驗，對強力夯實機在路基加寬施工中的補強效果進行了研究。主要結(jié)論如下：

①夯點位置夯擊前后的路基填土壓實度有較為明顯的提升，土體壓實度由夯擊前的94.7%提升至夯點位置的98.4%，平均增長幅度達到了3.68%;夯點間土的平均壓實度增加幅度約為1.6%。

②夯擊面以下0～30cm、30cm～60cm、60cm～90cm深度區(qū)域內(nèi)承載力與強力夯擊前相比，分別提高了約25.21%、19.89%、30.61%，表明夯擊補強對于新填筑加寬路基的承載力提高作用較為顯著。

上述結(jié)果表明，強力夯實機作為加寬路基的補強措施，能夠有效提升新老路基結(jié)合位置的土體壓實程度及強度，能夠通過提升路基強度來減小新老路基間的差異沉降，提升了新老路基間的結(jié)合效果，保證了工程質(zhì)量。

參考文獻：

[1]黃寫勤，高志偉，王選倉.高速公路拓寬路基差異沉降處治措施[J].筑路機械與施工機械化，2013，30（08）：71-75.

[2]曹斌，劉巖.高速液壓夯實機在高速公路路基填筑中的應用[J].公路，2016，61（11）：71-75.

[3]曹斌，李生汀，吳立堅，等.高速公路新舊路基結(jié)合部高速液壓夯補強技術探討[J].公路交通科技：應用技術版，2017（10）：66-67.

[4]王靜.強力夯實技術在改擴建工程拼寬路基的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2018，12：4-5.

[5]莊仲欣.高速液壓夯實技術在高速鐵路路基工程中的應用研究[J].路基工程，2018（03）：153-156.