高速公路改擴建工程新舊路基銜接技術(shù)

樊家志，匡志光

（廣東華路交通科技有限公司，廣州510420）

1 工程概況

廣東省沈海國家高速某改擴建工程全長54 016 m，除129座主線橋梁（含互通橋梁）累計6 810.66 m外，其余均為路基。其中，新舊路基填筑長度累計約44 401 m。舊路基為填土路基，上路床壓實度均≥95%，然而盡管已運行多年、經(jīng)歷了車輛荷載反復(fù)作用，但并沒有出現(xiàn)大病害，且該路基壓實度仍基本維持原有設(shè)計壓實度，甚至部分路段超過了原有設(shè)計壓實度。為防止應(yīng)力重分布造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致拼接裂縫，銜接新舊路基兩部分的路基反應(yīng)模量需相差不大。基于此，本工程加寬路基采取氣泡混合輕質(zhì)土填筑的處理方案。

2 工程難點

本工程為改擴建工程。舊高速公路為雙向4車道，路基頂寬28 m；新高速公路在加寬舊路后，由雙向4車道改造成了雙向8車道，路基頂寬也從28 m增加到了42 m。本工程互通共8座（改擴建7座，新建互通1座），改擴建服務(wù)區(qū)1處，新建服務(wù)區(qū)1處。在施工過程中，需在確保雙向4車道通車（保4）前提下，遵守“通行第一、施工第二、大局為重”的原則。

2.1 交通組織和施工組織復(fù)雜

本工程作為國道主干線和經(jīng)濟運輸動脈，影響與制約沿線產(chǎn)業(yè)布局和城鎮(zhèn)規(guī)劃，因此與沿線居民生產(chǎn)生活環(huán)境密切相關(guān)。根據(jù)交通量調(diào)查可知，本工程2015年全線平均交通流量已超過50 000 pcu/d，個別路段甚至超過70 000 pcu/d，因此，交通量已接近或達到高速公路路段所能承受的最大通行能力，被認為是廣東省高速公路有名交通擁堵“黑點”，會經(jīng)常性出現(xiàn)通行緩慢現(xiàn)象甚至嚴重堵塞（節(jié)假日尤為突出），服務(wù)水平嚴重下降。此外，本工程以過境交通為主，大型車輛所占比例高。

2.2 改擴建存在新舊路基差異沉降問題

本工程處于廣東西南部皂幕山～天露山低山丘陵東南緣，主要為潭江中游于下游支流沖積的平面、階地、谷地。沿線地表水系發(fā)育，主要分布有水口河、鎮(zhèn)海水、良西河等潭江水系支流，且池塘分布也較廣泛。

沿線路基中軟土分布面積較廣，呈帶狀或點狀分布，主要分布在山間洼地、地勢低洼、河流階地，顏色多為淺灰、深灰和灰黑，呈軟塑～流塑狀態(tài)，含少量腐殖質(zhì)，具有腐臭味，土質(zhì)不均勻，局部含砂；此外，沿線魚塘、山塘、沼澤等普遍存在塘底浮泥。

本工程沿線軟土埋深一般小于3 m，厚度較小；但個別路段埋深達20.0 m，深度較深，且厚度不均，物理力學(xué)性質(zhì)差。從整體來看，本工程沿線軟土具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高等特點，對新舊路基穩(wěn)定性與差異沉降均有影響。由此可看出，處理軟土是本工程開擴建過程中的重要控制環(huán)節(jié)[1]。

2.3 拓寬舊路中新舊路基銜接問題

對于改建舊路來說，如何在拓寬后保證新路基質(zhì)量，很大程度上決定著改擴建后高速公路的使用壽命。其中，控制與延緩銜接處的路基開裂病害，是有效保障新路質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通常情況下，引發(fā)路基開裂主要有2個原因：

1）拓寬舊路后，新舊路基會產(chǎn)生差異沉降，這是造成銜接部位產(chǎn)生開裂的主要因素。

2）因路基填筑強度不足，所以填筑后新路基頂面當(dāng)量回彈模量會與舊路基頂面當(dāng)量回彈模量相差較大；這會在新路路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成應(yīng)力重分布，特別是當(dāng)銜接處產(chǎn)生較大應(yīng)力時，就會產(chǎn)生局部應(yīng)力過于集中的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致路基開裂。

針對此，要采取對應(yīng)處治措施來減少拓寬后新路基沉降量，以進一步縮小新舊路基的差異：同時，要加大對新舊路基銜接問題的處理力度，從而更好地保證新路基質(zhì)量與減輕新路基發(fā)生病害的概率。

就本工程而言，可實施3項措施：（1）適當(dāng)提高拓寬后新路基壓實度，并在增加造價不多的前提下，有效提高新路基整體強度，并減少不均勻沉降量；（2）基于現(xiàn)有規(guī)范標準，在選擇路基填料時根據(jù)實際情況增加一個百分點執(zhí)行；（3）新路基壓實時按照GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》中關(guān)于重型擊實標準來執(zhí)行。

2.4 改擴建方案不可控因素較多

本工程為瀝青路面，整體厚度為75 cm，屬于偏薄。其中，3個面層總厚度為15 cm，罩面面層厚度為4 cm。由于舊路路面所使用的瀝青混合料為普通石油瀝青，高溫穩(wěn)定性較差、抗疲勞和抗車轍能力較差，因此造成了部分路段出現(xiàn)整體承載力不足、彎沉值較大等現(xiàn)象，而這也是當(dāng)前本項目形成各種病害的重要成因[2]。

故而，因改擴建方案會直接影響本工程總體路線設(shè)計、工程量、施工組織設(shè)計等內(nèi)容，所以應(yīng)充分結(jié)合舊路面施工質(zhì)量、運營期養(yǎng)護等情況來制定。

2.5 高速互通改擴建方案復(fù)雜

在高速公路改擴建工程中，路線總體方案是“靈魂”所在，而高速互通則是其中的難點和重點。這是因為，總體方案必須考慮地方路線完善、新路網(wǎng)形成，標準與規(guī)范變更，土地供用、工程投資控制、原設(shè)施利用、施工組織實施、不中斷交通方法等情況，并通過動態(tài)設(shè)計與多層面考慮，來進一步探索改擴建工程總體方案的主要特征。

3 路基銜接部位拓寬補強施工技術(shù)要點

3.1 拓寬新舊路基銜接部位施工技術(shù)要點

鑒于本工程新舊路基較易由于材料特性、結(jié)構(gòu)尺寸等方面不同而出現(xiàn)差異沉降，且舊路已出現(xiàn)了開裂病害，因此在對新舊路基銜接部位進行拓寬施工時，采取了臺階法開挖的銜接方法：待開挖臺階成型后，于該處使用土工合成材料，這一目的是增強新舊路基銜接部位穩(wěn)定性，并減小不均勻沉降量以及側(cè)向位移量，從而使其構(gòu)成完整的路基整體。

3.2 補強新舊路基銜接部位施工技術(shù)要點

本工程局部改擴建路段填土高度需達到2 m以上，針對此種情況，可采取的措施有2項：

1）先正常碾壓填土路基，再進一步利用液壓式壓路機做補強處理，設(shè)備最大夯擊能為30 kJ/m2，作業(yè)點凈距按0.5 m控制，從兩側(cè)開始補強后逐步向中間區(qū)域推進[3]。

2）根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件以及各部分質(zhì)量要求，確定合適的強夯錘夯實法。除橋臺后第1排為使用夯擊能10 kJ/m2、12 t強夯錘夯實外，其他部分均使用夯擊能30 kJ/m2的9 t夯實錘夯實。

4 新舊路基銜接部位分段施工技術(shù)要點

4.1 填土高度H≤4 m路段

4.1.1 零填、低填路段的施工步驟

1）基底需清表厚度為0.3 m，主要清理易影響施工質(zhì)量雜物；同時，處理好填筑前的壓實處理，以確保施工前實測填土壓實度≥90%。

2）采用換填法施工，材料以砂礫土為宜，原因在于其具有級配良好、水穩(wěn)定性強的特征；該步驟需確保壓實度≥96%。

3）對于局部的基底欠壓實路段，按照“先清表、后填前碾壓”方法予以處理，并在此基礎(chǔ)上回填碎石，直至與路面齊平；經(jīng)上述方法壓實后，需減小碎石空隙使碎石更緊密結(jié)合，此時要求壓實度≥96%。

4）換填優(yōu)質(zhì)填料至路面后，再進一步向該處填筑素土，厚度按0.2 m控制，做橫向補強壓實處理；此外，該步驟可啟用沖擊式壓路機，從而保證能夠壓實至護坡道的外側(cè)，確保邊坡部分也可具有穩(wěn)定性。

4.1.2 臺階法施工要點

1）從舊路路基坡腳1～2 m處開挖臺階，寬度、高度分別控制在1～2 m和0.8～1 m，同時需逐級有序開挖，每完成一級臺階后隨即填筑并振動壓實；按上述順序高效施工，到達路床底面時，則可通過該處的路基填高來進行判斷與分析，旨在確定最后一級臺階合適高度后，再予以控制。

2）臺階填筑與壓實需逐級完成，必須在確保本層填筑與壓實的施工質(zhì)量滿足要求后，方可向下一層施工。壓實采取振動壓實的方法，層土厚度為0.2 m；填筑后，要在路基頂面補充壓實數(shù)遍（具體遍數(shù)根據(jù)實際作業(yè)情況而定），以保證新舊路基可有效銜接為完整整體；此外，新路基填料選擇是較關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)盡可能與舊路基填料保持一致，若因條件限制而無法使用同類材料，則需減小新舊路基使用填料的性能差異。

3）臺階開挖成型后，噴射C20混凝土，土層厚度為5 cm，以起到防護作用；同時，在該圖層內(nèi)部設(shè)100 mm×100 mm的φ3.2 mm鍍鋅鐵絲網(wǎng)，并用U形釘固定，從而保證該鍍鋅鐵絲網(wǎng)可保持穩(wěn)定性；若舊路路面以上第2個臺階及上下路床底部經(jīng)過壓實處理后無質(zhì)量問題，則從臺階內(nèi)角處開始鋪設(shè)雙向土工格柵，其縱、橫向抗拉強度至少需達到80 kN/m。

4.2 填土高度4 m＜H≤8 m路段

該路段主要施工流程與填土高度H≤4 m路段基本一致。需特殊處理以下3項內(nèi)容：（1）保證1∶1.5邊坡坡率部位；（2）護腳工程所用C20混凝土；（3）在寬度2 m護坡道上噴播植草，并在坡面做三維網(wǎng)植草處理，以實現(xiàn)全面防護。

4.3 填土高度8 m＜H≤12 m路段

該路段主要施工流程與填土高度H≤4 m路段基本一致。需特殊處理的內(nèi)容有以下4項：（1）邊坡坡率控制需分情況考慮，邊坡上部分8.0 m邊坡坡率均需保持為1∶1.5，邊坡下部分則要調(diào)整為1∶1.75；（2）護腳工程采用C20混凝土；（3）為加強坡面防護，采用人字形骨架植草方法；（4）通過噴播植草方法來實現(xiàn)對2 m寬護坡道的有效防護，并設(shè)外傾3%橫坡。

填土高度8 m＜H≤12 m路段拓寬剖面見圖1。

圖1 填土高度8 m＜H≤12 m路段拓寬剖面

5 結(jié)語

路基作為高速公路的關(guān)鍵組成部分，在改擴建工程施工過程中需充分考慮到新舊路基銜接的穩(wěn)定性要求，并根據(jù)實際情況采取針對性措施，從而使新舊路基可以銜接為完整且穩(wěn)定的整體。本文分析新舊路基銜接時的重點施工技術(shù)，提出相應(yīng)施工作業(yè)要點，可供類似工程參考。