公路拓寬段新老路基變形協調綜合處治措施探究

李 智

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 640041）

0 引言

由于經濟水平的飛快發展、交通量持續增加、原公路設計標準低等原因，很多公路的通行能力難以符合實際運營需要，容易引起車輛擁堵和人員傷亡事故等。為了提高公路的運營能力，可采用路基加寬的措施（建設周期短、占地面積少、耗費資金少等）。新老路基銜接有效性是決定拓寬路基建設水平的關鍵因素之一，目前國內外學者和工程技術人員也針對拓寬路基的變形規律和質量控制措施等方面展開了一些研究，如何禮彪等[1]以湖區公路為研究對象，從開挖臺階、液壓夯實兩方面分析了新老路基拼接施工的關鍵措施，并在工程實例中得到了良好的應用效果；張平等[2]依托某山區公路，利用FLAC3D軟件對不同加寬下了路基的不均勻變形規律進行分析。因此，研究拓寬路基的差異性變形協調機理及綜合處治措施具有十分重要的工程意義。

1 拓寬路基結合處病害及破壞機理

1.1 拓寬路基的常見病害

公路路基加寬后在填料自重以及其他因素的影響下，路基就會在水平和豎直方向上產生一定程度的變形，而路堤各個部位的變形也會有所差異，這就造成了路基存在差異性沉降。在公路運營期間，因新老路基間不均勻沉降所出現的病害主要表現為新老路基結合處的縱向裂縫、新填路基的滑移或整體失穩、路面結構損傷等形式。

1.2 路基結合處變形機理

在進行公路路基拓寬時，新路基一般作為邊載施加在老路基的邊坡，而邊載對舊路基沉降變形的影響主要體現于兩個方面：第一，新填路基填料的重量相當于加在老路基上的靜荷載；第二，邊載的存在，使得地基土表面附加應力在公路橫斷面方向上分布不均，從而導致新老路基應力歷史不等，固結度也存在差異。此外，在軟土區域進行路基拓寬時，路基頂面沉降的主要原因并不是其自身的壓縮變形，而是來自地基沉降。而在地質較好路段進行路基拓寬時，由于地基沉降變形較小，對新路基坡腳有一定的約束作用，拓寬路基的沉降主要來自路基自身的壓縮變形。

2 新老路基不均勻沉降處治技術

公路在進行拓寬設計時，為了降低新老路基間的不均勻沉降，提高擴建公路的路基強度、整體性及穩定性，應當根據其沿線地形地貌、水文地質、老路基特性等因素，采用下列拼寬設計原則：第一，加強地基處理；第二，合理選用路基填料；第三，選擇合適的拼寬措施，確保拼接密實；第四，考慮地表水、地下水等對拓寬路基安全性和耐久性的影響。

2.1 工程概況

本文依托工程為成樂高速公路擴容建設青龍場至眉山試驗段，起點位于青龍場樞紐互通附近，向南經青龍鎮設青龍互通，繼續向南經彭山區設置彭山互通，終點到達眉山互通以南，路線全長28km。該項目位于平原區，地下水位整體較高，區內軟土厚度一般不大，分布連續性差，路線區內無斷裂構造通過，整體地質條件較為單一。地層巖性由新到老排列如下：人工填土、淤泥質粉質粘土、粉質粘土（場區地表的主要土層）、粉土、砂土、層卵石、基底巖層（場區內巖性以粉砂質泥巖為主）。

成樂高速眉山段均為填方路基，沿線填方邊坡高度一般為1～4m為主，局部邊坡高度達6m，均為一級邊坡，建成至今已通車運行18年。沿線路基發生的變形與破壞程度普遍較低，基本不影響行車安全和行車舒適性。本項目在原有高速公路四車道基礎上，采用兩側拼寬的方式將兩個車道改成八車道，如圖1所示。

圖1：雙側加寬后路基橫斷面示意

2.2 軟土地基處理設計

⑴地基處理措施選擇原則

在路基填土作用下，軟土地基沉降一般分為初始沉降、固結沉降和次固結沉降三個階段。如果公路路基拓寬時對軟土地基處理不當，路基填筑后可能導致地基出現較大的工后沉降。目前軟土地基處理常用方法主要有換填、強夯、拋石擠淤、真空預壓、水泥攪拌樁、碎石樁等方法。在進行軟基地基處理方法選擇時主要考慮地基狀況、路基填土高度、施工條件，工程造價等因素。鑒于此，筆者得到該拓寬道路的軟土地基處理措施：如果地基軟土深度小于3m，對一般路段將基底軟土全部清除，換填透水性好的砂礫石土。如果軟土路段存在積水，應當先設置臨時圍堰，排干圍堰積水后再處理軟基；如果地基軟土深度超過10m或路基填土高度超過6m，則采用CFG樁復合地基進行處理，見圖2。

圖2：CFG樁處理軟土地基布置圖

⑵CFG樁參數設計

由相關規范可知，CFG樁的樁徑宜選擇在350～600mm之間。根據工程經驗可知：如果CFG樁的樁徑過小會對控制質量產生一定程度的不利影響；CFG樁的樁徑過大會導致工程造價高，且無法確保樁土協調，故將CFG樁樁徑定為40cm。

在其它控制因素均相同時，隨著樁間距的減小，CFG樁承載性能會不斷改善。如果樁間距小于3倍樁徑時，CFG樁承載力的增長速率可能出現一定程度的降低。因此，通過綜合考慮CFG樁承載力、施工工藝、工程造價等因素，筆者確定CFG樁按照正方形布置，樁間距為4倍樁徑大小，即樁間距取1.6m。

在開展CFG樁土設計時，單樁承載力特征值可參考當地的經驗數據。若無經驗數據，可利用下式來估算：

式中： λ是CFG樁承載力發揮系數； β為樁間土發揮系數； fsk為處理后樁間土的承載能力。按照上文公式得到的CFG樁承載力特征值不能直接使用，需要進行一定程度的修正。根據規范要求，CFG樁土承載力應當不作寬度修正（修正系數取0），基礎埋置深度的修正系數取1。

2.3 新老路基結合位置處治

路基拓寬工程最常見的病害是新老路結合位置出現縱向裂縫，故采取有效措施來加強新老路基之間的拼接，提高其整體性十分必要，目前常采用的措施主要有挖臺階和鋪設土工合成材料（土工格柵、土工格室等）等措施。在公路路基拓寬項目中，應用最廣泛的土工合成材料主要是土工格柵，土工格柵的加固機理在于格柵和土的變形協調作用，主要體現在以下幾方面：第一，土工格柵和土存在摩擦，會降低加寬范圍內土的垂直應力，間接改善了土體承載性能；第二，土工格柵對路基填土的側向變形具有一定的約束作用，使土體抗剪強度得到充分的發揮；第三，土工格柵具有良好的彈性、延展性等，能與路基土形成一個柔性整體，在反復荷載的作用下變形難以積累。

根據路基填土高度不同，該項目可在路床范圍鋪設3層土工格柵，在路基的排水墊層上方鋪設一層土工格室。在鋪設土工合成材料時，可將老路基邊坡邊坡綠化、圬工、淺層表土等清除，并從下而上開挖寬度不小于2m的向內傾斜4%的臺階，且開挖和路基的拓寬填筑應當交叉作業。

2.4 拓寬路基壓實質量控制

新老路基拼接部位碾壓密實是改善公路路基改擴建施工質量的核心工序之一。在公路路基修筑時，應當通過修筑試驗段來確定碾壓設備及其組合、碾壓遍數、攤鋪厚度、松鋪系數等參數。碾壓時應當由兩邊向中間碾壓，并遵循“先邊緣后中間，先慢后快”的原則。如果拓寬路基部分采用的填料為滲透性較小的粘性土，應當在路基底部鋪設一層透水性較好的砂礫墊層，避免出現水囊和“彈簧土”。同時，為了提高碾壓質量，可采用增強補壓措施（沖擊碾壓、強夯、液壓夯等），增強補壓范圍結合臺階寬度、影響深度，路堤每填高2m補強一次(路床底部必須補壓一次)，寬度一般不小于2m。

3 結語

本文通過探究拓寬路基的常見病害形式、不協調變形機理及綜合處治措施，主要得出以下幾個方面的結論：⑴公路路基拓寬時，新路基相當于施加在老路基的邊載，邊載不僅會成為施加在舊路基地靜荷載，還會在地基土表面產生不均勻附加應力；⑵公路路基在進行拓寬設計時，應當遵循“加強地基處理、合理選用填料、選擇合適拼寬方案、考慮地表水、地下水的影響”等原則；⑶路基拓寬項目的軟基地基處理方法選擇時應當考慮舊路特征、地基土性質、路基填土高度、施工條件，工程造價等因素；⑷可采用挖臺階、鋪設土工合成材料、增強補壓等方式來加強新老路基之間的拼接，提高其整體性，但注意開挖臺階和路基的拼寬填筑應當交叉作業。