高速公路改擴(kuò)建工程關(guān)鍵技術(shù)研究

鄧少梅

(廣深珠高速公路有限公司，廣東 東莞 523000)

0 引 言

經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通量的日益劇增導(dǎo)致我國(guó)原有的公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足如今發(fā)展的需要。為了使公路的運(yùn)輸能力得到進(jìn)一步的提升，往往會(huì)采用三種方案，其一則是新建公路，這種方案需要征收更多的土地，一方面會(huì)占用較多的土地資源，另一方面還會(huì)受到城市規(guī)劃的限制；其二則是增加路網(wǎng)的密度，也就是在原有道路的基礎(chǔ)之上新建更多的高架橋，這種方案雖然能夠在一定程度上緩解交通擁擠的問題，但是同時(shí)也需要更多的經(jīng)濟(jì)成本；第三就是對(duì)運(yùn)營(yíng)中的公路展開改擴(kuò)建工作，這種方案雖然在一定程度上也會(huì)占取一定的土地資源，但其占地量與方案一相比則會(huì)明顯下降。近年來，我國(guó)大規(guī)模的對(duì)公路進(jìn)行拓寬，成功的案例雖然越來越多，但是在擴(kuò)建公路后期運(yùn)營(yíng)的過程中依舊普遍存在著路基穩(wěn)定性以及變形的問題。原道路已經(jīng)經(jīng)過了多年的碾壓，經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的沉降，路基變形已經(jīng)穩(wěn)定，新鋪設(shè)的路基與原有路基之間會(huì)出現(xiàn)差異性的沉降，進(jìn)而引發(fā)了新舊路面之間出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響行車安全。因此，針對(duì)這些問題占來展開關(guān)于擴(kuò)寬道路新舊路基結(jié)合處的變形特性及改善措施的研究對(duì)相關(guān)工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。

1 高速公路路基擴(kuò)寬工程方案選擇

1.1 公路拓寬方案的基本形式

高速公路常用的擴(kuò)建形式如表1所示，可以根據(jù)道路的具體情況來對(duì)擴(kuò)建方案進(jìn)行選擇。

1.2 拓寬方案選擇的原則

對(duì)原有道路的拓寬工作一方面會(huì)受到時(shí)間的限制，另外一方面還會(huì)受到空間的制約，所以做好前期工作至關(guān)重要。首先第一點(diǎn)就是需要制定好較為詳細(xì)的公路拓寬方案，方案中需要面面俱到，主要包括有工程的規(guī)模大小、周期長(zhǎng)短、投資多少以及施工的方法。從道路的種類來講，可以將道路拓寬方案劃分為橋梁方案和路基方案；從道路斷面的角度可以分為分離方案和整體拼接方案。拓寬方案的選擇需要遵循以下幾方面的原則，其一，公路的拓寬方案需要能夠方便以后對(duì)道路的維修和保養(yǎng)，要有利于高速公路的運(yùn)營(yíng)管理；其二，對(duì)于拓建的公路還需要和地方路網(wǎng)的規(guī)劃相結(jié)合，在公路拓寬之前，需要對(duì)道路拓建段進(jìn)行實(shí)地的調(diào)研，緊密結(jié)合當(dāng)?shù)卣穆肪W(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)。第三方面就是將在道路施工的過程中可能會(huì)引發(fā)的交通影響降到最低的程度，盡可能的避免對(duì)公路的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，此外還需盡快完工，減少工期。

表1 高速公路基本擴(kuò)建形式

2 高速公路拓寬工程的路基變形分析

對(duì)高速公路拓寬工程路基變形的分析主要包括了兩種，其一為路基差異沉降的計(jì)算方法，該方法主要是通過理論的計(jì)算；其二則是有限元分析的方法，這種方法能夠有效、形象的解決多種復(fù)雜的工程問題。本節(jié)采用有限元ABAQUS數(shù)值模擬軟件通過具體的工程實(shí)例探討拓寬路基的變形情況。某工程的路基是將兩側(cè)均加寬處理，將其原有的4車道通過改擴(kuò)建變?yōu)?車道，其新舊路基的計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表2 土體材料計(jì)算參數(shù)

通過ABAQUS進(jìn)行數(shù)值模擬，拓寬路基的豎向以及水平位移示意圖如圖1與圖2所示。根據(jù)圖片可以看出在路基拓寬之前，在舊路基的中心線處出現(xiàn)了豎向的最大位移，路基沉降的分布形似于半盆狀。在進(jìn)行擴(kuò)建之后，路基的右側(cè)出現(xiàn)了沉降，同時(shí)在拓寬路基的豎向上也出現(xiàn)了波峰，沉降整體上呈現(xiàn)出倒鐘形分布。在拓寬之前路基的水平位移波峰值出現(xiàn)于舊路基坡腳下方；路基拓寬完成之后，水平位移值的波峰發(fā)生了移動(dòng)，開始靠向拓寬路基坡腳的下方，而在路基中心的左側(cè)，越靠近中心，它的水平位移值也就越小，右側(cè)則恰恰相反。

A為拓寬前；B為拓寬后圖1 路基豎向位移示意圖

A為拓寬前；B為拓寬后圖2 路基水平位移示意圖

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的拓寬過程中，不同的路段路基填筑的高度也會(huì)略有差異，因此這里分別選取2 m、4 m、6 m、8 m的填筑高度來探討路基填筑高度與差異沉降之間的關(guān)系。通過圖3和圖4也可以看出，路基的填筑高度與拓寬路基的沉降呈正比。經(jīng)過數(shù)值模擬，計(jì)算得出填土高度為2 m、4 m、6 m、8 m時(shí)，拓寬路基的最大差異沉降分別為1.51 mm、4.93 mm、6.58 mm、7.85 mm，說明路基的差異沉降與填土高度呈正比，但是沉降的增長(zhǎng)幅度會(huì)隨著填土高度的增加而不斷的減小。同時(shí)隨著路基高度的增加，舊路基的變形曲線差距也會(huì)會(huì)變得更加顯著，再加上新路基自身的重量，導(dǎo)致其豎向沉降先增大而后逐漸減小。

圖3 路基填土高度對(duì)路基表面沉降的影響

圖4 路基填土高度對(duì)路基基地沉降的影響

3 高速公路新舊路基結(jié)合部處治技術(shù)

3.1 新舊路基結(jié)合部處治技術(shù)的基本原則

其一，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定盡可能的避免拓寬道路會(huì)產(chǎn)生較大的不均勻沉降，因此一方面需要加固軟地基，增強(qiáng)地基得承載力，盡可能的降低地基自重造成的變形沉降，另一方面對(duì)地基加固后依舊出現(xiàn)沉降的地段進(jìn)行路面的加固處理。其二，從工程施工設(shè)計(jì)方面進(jìn)行全面的考慮，主要包括了地基、路基、路面以及排水系統(tǒng)等，優(yōu)化其設(shè)計(jì)以及施工工序，減少不均勻沉降。其三，遵循預(yù)防為主，防治結(jié)合的原則。在高速公路擴(kuò)建的過程中，如若出現(xiàn)問題，及時(shí)處理，以防進(jìn)一步惡化。

3.2 舊路基邊坡的處理

挖除舊路基的邊坡，然后進(jìn)行重新填料，主要考慮到在原路基施工時(shí)，壓路機(jī)等設(shè)備也難以對(duì)該位置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)，同時(shí)加上這些區(qū)域會(huì)遭受水流的沖刷，受到的侵蝕較大，強(qiáng)度和壓實(shí)度均有所降低。在新舊路基結(jié)合處的坡面進(jìn)行臺(tái)階開挖時(shí)設(shè)置3%的傾角，每一級(jí)的寬度在0.8 m左右，高度在1.2 m左右，這樣能夠避免結(jié)合處出現(xiàn)較大的沉降變形。另外可以在臺(tái)階處鋪設(shè)土工格柵，避免地面出現(xiàn)塌陷，此外土工格柵還具有一定的拉力，能夠一定程度上解決新舊路基結(jié)合處產(chǎn)生的側(cè)向變形和隆起問題，此外土工割傷還能提高土體的抗剪強(qiáng)度，增加其摩擦力，進(jìn)而提高路基整體的承載力。

3.3 輕質(zhì)填料填筑路基

目前輕質(zhì)填料也廣泛應(yīng)用于路基的填筑中，主要是因?yàn)檫@種材料的自身重量輕，能夠在很大程度上減小自重導(dǎo)致的沉降變形，目前常用的輕質(zhì)填料主要包括了聚苯乙烯泡沫(EPS)輕質(zhì)路基以及粉煤灰輕質(zhì)路基。這兩種輕質(zhì)路基填料一方面能夠提高公路的擴(kuò)寬效率，另一方面還能降低施工的成本。

3.4 路基加筋

拓寬路基最為薄弱的區(qū)域便是新舊路基結(jié)合

處，為了提高該區(qū)域的強(qiáng)度，目前常采用的手段就是土工格柵、土工網(wǎng)等加筋技術(shù)。通過加筋可以增強(qiáng)路基整體的穩(wěn)定性，除此之外土工格柵上的孔眼還能在很大程度上對(duì)土體進(jìn)行鎖定，有效的改善土體的力學(xué)性能。土工格柵的鋪設(shè)能夠增強(qiáng)與新路基填料之間的摩擦作用，進(jìn)而有效的限制拓寬路基的側(cè)向變形，避免了新路基沿著結(jié)合部發(fā)生滑裂破壞。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，交通量的與日俱增需要公路的不斷擴(kuò)建，文章重點(diǎn)闡述了道路拓寬的主要形式以及選擇的原則，并通過ABAQUS軟件模擬了路基拓寬前后水平位移以及豎向位移的變化規(guī)律，以及路基填筑高度對(duì)沉降的影響。最后文章還分別從舊路基邊坡的處理、輕質(zhì)填料填筑路基以及路基加筋幾個(gè)方面提出了高速公路新舊路基結(jié)合部處治方案。