高速公路改擴(kuò)建道路舊路基處治深度研究

魯敏

摘要 道路改擴(kuò)建工程施工階段，合理確定舊路基處治深度是保證新舊路基拼接施工質(zhì)量的前提。文章結(jié)合某高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)踐，在舊路基改造前，通過落錘彎沉儀（PFWD）測量回彈模量、彎沉，明確二者之間的相關(guān)性，明確高速公路改擴(kuò)建工程新舊路基處治深度控制標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，PFWD檢測彎沉的效率和精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的貝克曼梁檢測方法，制定的控制標(biāo)準(zhǔn)是確定路基處治深度的有效依據(jù)。

關(guān)鍵詞 公路工程路基;改擴(kuò)建項目;處治深度

中圖分類號 U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0113-03

0 引言

已服役高速公路隨著時間的推移，部分路基老化，急需升級改造，以提高道路路用性能[1]。工程實(shí)踐案例地區(qū)高溫多雨，道路原有路基及周邊區(qū)域的含水量逐漸增加，最高可達(dá)65%，導(dǎo)致舊路基的結(jié)構(gòu)剛度大大降低，嚴(yán)重影響新舊路基拼接的施工質(zhì)量[2]。因此需要通過換填石灰和水泥的方式，改善路基結(jié)構(gòu)剛度。目前關(guān)于回填和土體改造的研究主要集中在新路基上，關(guān)于舊路基改造處治深度處理的研究不多。若處治深度偏小，則路基處治效果難以保證，若路基處治深度偏大，則容易造成資源浪費(fèi)。因此，合理確定舊路基處治深度，是保證新舊路基拼接施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 工程概況

某高速公路改擴(kuò)建工程方案規(guī)劃將現(xiàn)有的雙車道擴(kuò)展為四車道，現(xiàn)有路基土體主要分為黏土砂、低液限黏土，新設(shè)計的路基高度135 cm，進(jìn)行全層路基改造，主要通過水泥換填，水泥用量為5%。原道路路基回彈模量、壓實(shí)度等性能參數(shù)明顯變差，試驗測試表明，路基回彈模量30～45 MPa，明顯低于60 MPa的設(shè)計要求，路基表層15 cm處的壓實(shí)度為標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度的70%～90%，明顯低于96%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

2 方案設(shè)計

2.1 彎沉和回彈模量檢測

首先用傳統(tǒng)的貝克曼梁法檢測路基彎沉，梁長5.5 m，檢測得到的彎沉值為靜態(tài)彎沉值，使用軸重150 kN，胎壓0.8 MPa的試驗車輛，需要多名檢測人員配合完成，且耗時較長。新修訂的高速公路施工技術(shù)規(guī)范建議盡可能使用自動測試設(shè)備進(jìn)行路基彎沉檢測。但是，由于不同路基結(jié)構(gòu)的土體成分存在較大差異，因此規(guī)范中并沒有提供明確的換算公式[3]。

采用PFWD測試彈性模量，利用規(guī)定重量的沖擊錘從規(guī)定高度釋放，自由落體到承載板上，檢測沖擊錘給路基帶來的沖擊壓力，通常為0.7 MPa，其作用是模擬車輛載荷對路基路面的作用，測量載荷作用下路基路面的變形，并使用嵌入式處理系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為回彈模量。該方法省時省力，測量準(zhǔn)確[4]。

2.2 試驗設(shè)計

根據(jù)項目特點(diǎn)，取粘土砂和低液限粘土砂兩種路基試驗段，長度均為100 m，清理原有路面結(jié)構(gòu)，暴露舊路基路床，兩個試驗路段的車道布設(shè)40個測點(diǎn)，分別用貝克曼梁檢測法和PFWD檢測法，檢測各層改造路基的彈性模量、彎沉值，明確二者相關(guān)性，比較分析各層換填處治對路基彎沉的處治效果。

（1）根據(jù)相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范，高速公路改擴(kuò)建工程路基路床厚度為120 cm。為方便進(jìn)行試驗檢測，每層碾壓厚度為24 cm，分為5層。用貝克曼梁檢測法和PFWD檢測法，分別檢測各層原有路基彎沉值以及彈性模量，明確二者的相關(guān)性，比較分析各層填筑處治措施對路基彎沉的抑制效果。

（2）用5%水泥換填土基，碾壓后養(yǎng)護(hù)7 d，待強(qiáng)度基本達(dá)到要求后，為確保試驗數(shù)據(jù)的可靠性，需要在同層厚中心線布設(shè)多個測點(diǎn)，每一層布設(shè)2～3個測點(diǎn)，取多個測點(diǎn)數(shù)值的平均值，作為路基的最終彎沉值和彈性模量。

（3）用PFWD檢測舊路基頂面土體彈性模量，反算出路基彎沉值，并將其與施工設(shè)計要求的彎沉值進(jìn)行對比，明確各層路基處治后的彎沉減小效果，從而確定最佳的路基處治深度。

3 土基回彈模量與彎沉分析

3.1 未改造舊路基回彈模量與彎沉分析

在兩種路基試驗段布設(shè)測量點(diǎn)，銑刨路基結(jié)構(gòu)直至暴露路基頂面，分別在兩種路基試驗路段的車道布設(shè)40個測點(diǎn)，分別用貝克曼梁檢測法和PFWD檢測法，檢測未改造路基頂面的彈性模量、彎沉值，明確二者相關(guān)性，比較分析各層換填處治對路基彎沉的處治效果。圖1為試驗測試結(jié)果、路基彎沉值、回彈模量之間的關(guān)系。

根據(jù)圖1可以看出：1）粘土砂和低液限粘土砂路基的頂面彎沉與彈性模量的相關(guān)系數(shù)不低于0.93，相關(guān)性較好。PFWD檢測法具有操作方便、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可替代貝克曼梁檢測和評估路基彎沉;2）相較于低液限含砂粘土，粘土砂的彎沉更小，彈性模量更大，二者擬合方程存在一定差異，說明不同類型路基彎沉與彈性模量之間的相關(guān)性不同，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。

3.2 改造后舊路基回彈模量與彎沉分析

在兩種路基試驗段布設(shè)測量點(diǎn)，銑刨路面直至暴露路基頂面，采用5%水泥換填方式分5層改造舊路基，壓實(shí)后養(yǎng)護(hù)7 d，然后分別用貝克曼梁檢測法和PFWD檢測法，檢測原有路基頂面的彈性模量、彎沉值，明確二者相關(guān)性，圖2為試驗測試結(jié)果、路基彎沉值、彈性模量之間的關(guān)系。

根據(jù)圖2可以看出。1）對于粘土砂和低液限粘土砂，經(jīng)過水泥換填改造的兩種路基彎沉與彈性模量的相關(guān)系數(shù)均不低于0.93，表明PFWD檢測法在改造后的路基檢測中效果也很好，可以替代貝克曼梁法檢測和評價路基彎沉。2）與液限低的粘土砂相比，經(jīng)過改造后的粘土砂彎沉更小，彈性模量更大，主要是因為改造前后的路基粘土質(zhì)砂的抗變形能力，都比低液限黏土更好。

4 舊路基處治深度確定

4.1 黏土質(zhì)砂路基

在粘土砂路基試驗段上分5層進(jìn)行水泥換填改造后，通過PFWD測試路基彈性模量，根據(jù)圖2反算路基頂面彎沉，得到路基土層數(shù)與路基頂面彎沉之間的關(guān)系。基于總結(jié)得出的彎沉變化規(guī)律，建議按照表1中列出的指標(biāo)控制粘土砂路基處治深度。

4.2 含砂低液限黏土路基

在低液限粘土砂路基試驗段分5層進(jìn)行水泥換填改造后，通過PFWD測試路基彈性模量，根據(jù)圖2反算路基頂面彎沉，得到路基土層數(shù)與路基頂面彎沉之間的關(guān)系。基于總結(jié)得出的彎沉變化規(guī)律，建議按照表2中列出的指標(biāo)控制低液限粘土砂路基處治深度。

4.3 處治效果驗證

在該高速公路沿線選取部分試驗路段，用PFWD檢測路基土體彈性模量，反算出路基彎沉。以1 km路段作為施工單元，在車道上布設(shè)40個測點(diǎn)，呈S形排列，通過測點(diǎn)測量評價路基彎沉。按表1、表2中列出的控制指標(biāo)對原有路基進(jìn)行不同深度地處治，經(jīng)過水泥換填改造后，再根據(jù)圖2反算出路基彎沉，驗證處治效果。

根據(jù)上述處理建議，原有路基采取不同的處治深度處治后的路基頂面彎沉均符合設(shè)計要求。同時，改造后的路基彎沉減小幅度合理，說明處治方案符合施工經(jīng)濟(jì)性要求，具有廣泛的適用性[5]。

5 結(jié)論

結(jié)合某高速公路改擴(kuò)建工程，選取粘土砂和低液限粘土砂兩種舊路基作為試驗段，以PFWD法測得的回彈模量作為控制路基處治深度的主要指標(biāo)，對試驗路段原有路基、改造后路基的彈性模量和彎沉進(jìn)行分析，明確二者關(guān)聯(lián)，給出確定路基處治深度的指標(biāo)。

（1）根據(jù)項目特點(diǎn)，取粘土砂和低液限粘土砂兩種路基試驗段，長度均為100 m，清理原有路面結(jié)構(gòu)，暴露舊路基路床，兩個試驗路段的車道布設(shè)40個測點(diǎn)。通過PFWD法檢測得到的回彈模量、彎沉相關(guān)性良好，PFWD法具有操作方便、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。因此，PFWD檢測法可以代替貝克曼梁法檢測和評價路基彎沉。

（2）兩種路基在改造前后分別用貝克曼梁法、PFWD法測得的回彈模量、彎沉均具有很好的相關(guān)性，但PFWD檢測效率更高。

（3）處理深度為0（不處治）、24 cm（處治1層）、48 cm（處治2層）、72 cm（處治3層）、96 cm（處治4層）、120 cm（處治5層）的試驗結(jié)果表明，上述處治深度控制標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效指導(dǎo)高速公路舊路基處治施工。

參考文獻(xiàn)

[1]肖雋.改擴(kuò)建公路路基路面設(shè)計優(yōu)化探討[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（27）：124-125.

[2]趙精富.公路擴(kuò)建工程路面拼接技術(shù)[J].中國科技信息，2021（19）：54-55.

[3]王佼.高速公路改擴(kuò)建新舊路基銜接處施工質(zhì)量控制[J].交通世界，2021（24）：112-113.

[4]韓若楠.高速公路改擴(kuò)建分部填筑路基差異沉降特性及處治技術(shù)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2021.

[5]李海濱.改擴(kuò)建公路路基路面設(shè)計優(yōu)化措施[J].交通世界，2021（23）：76-77.