公路改擴建工程中路基拼接及處理方法分析

謝志惠,余少華

(1.上饒市弋陽公路事業發展中心,江西 上饒 334400;2.江西省交通設計研究院有限責任公司,江西 南昌 330000)

樟吉高速是我國高速公路中的重要組成部分,向北連接了湖北、安徽、河北及北京等省市,向南貫通了廣東、香港及澳門等省市,是公路所在地“十字型”主骨架高速公路南北向交通主干道。樟樹至吉安高速公路及其前身為昌泰高速(贛粵高速昌傅至泰和段)的昌傅至吉安段,是江西省繼昌九高速后建設的第六條高速公路。贛粵高速昌傅至泰和段(以吉安南樞紐為界現更名為S69樟吉高速和G45大廣高速吉安至泰和段),線路與昌樟終點連接,區段全長約為147 km。全線設有匝道互通7處(南安互通、峽江互通、吉水互通、吉安北互通、吉安南互通、吉安縣互通、泰和互通)、樞紐互通5處(樟樹樞紐、吉安北樞紐、吉安南樞紐、泰和樞紐、泰井樞紐)、服務區2處(峽江中心服務區、吉安中心服務區)[1]。為滿足“中國東部地區發展新局面”的全新改造建設需求,深化地區經濟發展建設工作,應根據地域交通狀況,合理進行市政道路施工的投入,為此,地區交管部提出針對此路段的改擴建工作,明確對出省通道的“十字型”高速公路主骨架進行“四改八”是強化交通設施、加強同周邊省份區域經濟合作的重要舉措。作為江西省南北向交通最繁忙之一的樟樹至吉安高速公路進行改擴建迫在眉睫。為此,將以此項目為例,開展改擴建工程中路基拼接及處理方法的設計,通過此種方式,推動產業轉型升級,有利于加強省際生態共建與環境同治,促進區域生態與經濟協調發展。

1 公路改擴建工程概況

樟吉高速公路改擴建工程起點位于樟樹樞紐互通的南端(樟吉高速方向)K0+000樁號處,終點位于大廣高速公路改擴建工程吉安南樞紐互通的北端(樟吉高速方向)K104+845樁號處,路線全長104.845 km。

根據工可研究報告及沿線建設條件,樟樹至吉安高速公路改擴建工程主線除樟樹樞紐南側的黎家至袁河路段采用左側分離增建加寬形式、蓮花形狹窄山谷及同江巖溶區路段采用右側拼寬或右側分離增建方式,吉州區城區路段采用西移新建八車道方式,其余路段均采用兩側拼寬的方式進行改擴建,新建的路段為雙向八車道,路基整體寬度為41 m(局部受限制路段可根據規范調整右側硬路肩寬度),其中分離式路基結構的寬度為20.5 m(分離增建)+26 m(老路)。根據公路建設標準,結合工程改造建設需求,設計此路段的行車速度為100 km/h。設計指標如表1所示。

表1 路基拼接及處理施工技術指標

勘察設計分為1個設計標段與1個勘察設計監理標段,分別是KSJ、RSJ標段。KSJ標段由江西省交通設計研究院有限責任公司承擔,設計包含公路工程、交通安全設施、環境保護設計、景觀綠化設計、沿線設施、交通機電工程等全部初步設計內容,以及全線的相關專題研究。RSJ標段由中咨集團承擔,其主要負責對KSJ標段的勘察設計監理工作。

2 路基拼接及處理方法

2.1 填方路基拼接設計

根據此次研究工程項目的實際需求,應在施工前,進行改擴建公路工程項目的填土方路基拼接設計[2]。

此工程邊坡清表厚度為30 cm,土路肩挖至路面結構層以下120 cm后,設置0.5×0.7 m臺階,余下坡面再按1∶1.5的坡率,設計0.8×1.2 m臺階進行開挖[3]。根據硬路肩據土路肩開挖后所觀察到的路面病害情況、加寬寬度(加寬寬度小于0.75 m時,應部分挖除硬路肩)及該硬路肩在改建后所處行車道位置等因素,決定是否進行路段開挖。

超挖土方如符合高速公路填土要求,則加以利用,如不符合(例如建筑垃圾、含水量大土等)則廢棄,利用路塹挖方土換填[4]。按照上述方式,設計填方新舊路基拼接方案,如圖1所示。

拼接設計過程中,對于兩側拼接路基(除邊緣1 m)及臺背6 m范圍內,采用夯擊能量≥36 kJ的液壓夯實設備進行補強[5]。具體參數如表2所示。

表2 液壓夯實設備補強具體參數設計

對于單側拼寬路基拓寬幅在液壓強夯范圍(4 m)之外采用落錘式強夯,單擊能1 100 kN·m,填土高度8 m以下,僅路床(路床1.2 m)底強夯一次,填土高度8 m以上,分別在路基填筑至中部和路床底各強夯一次[6]。

當邊坡高度H≥3 m時,在底基層下0.3 m與0.9 m位置處,增設2道土木格柵;邊坡高度H≥8 m時,在對應的堤底位置增設一道土木格柵與土木格室。

在進行土木格柵的設計時,根據工程需求,采用鋼塑型復合材料作為其主要設計材料,確保設計結構在工程中的屈服伸長率在3%以內,有效拉伸強度在150 kN/m以上[7]。結合施工現場實際需求,此次設計的柵格長度為8 m。

格室采用高強土工格室,節點連接處U 型鋼釘開口端金屬焊縫長度≥5 mm;節點插件(U型鋼釘)拉拔力≥700 N,節點插件開口端金屬焊縫剝離力≥300 N;對應的格室片應滿足延長率≤10%的要求;格室網格尺寸為400 mm×400 mm,格室張拉后有效側向約束高度應均勻一致,最小側向約束高度≥50 mm,格室每組展開面積50 m2。

為避免強夯毀壞格柵或格室,應在路床底強夯補平后鋪設格柵或格室,堤底格柵或格室位置與強夯位置豎向距離不應小于2 m[8]。路線抬高2 m以上不開挖大臺階,不設土工格柵或土工格室,僅需清坡及開挖小臺階。

2.2 挖方路基銜接施工

完成上述設計后,對公路改擴建施工段的挖土方路基進行銜接施工,在此過程中,應根據施工段的土質情況與地下水所在位置,對路床1.2 m范圍內的土體進行翻挖、碾壓,選擇沙礫、銑刨料等合格土質進行施工處理。處理后對現場土層壓實度進行檢測[9]。檢測標準如公式(1)所示。

(1)

式中:γ為場地土層壓實度,g/cm3;α為土層表面密度,g/cm3;β為壓實厚度,cm。根據要求,處理后γ值>96%屬于符合標準,在此過程中,弱、強風化挖土方路基在進行銜接處理時,除進行路肩的挖土處理,路床結構不進行其他處理。挖方路基銜接施工處理方案如圖2所示。

圖2 挖方路基銜接施工處理(單位:cm)

在此基礎上,在進行路基原邊溝處理時,在對其范圍內3 m內路基翻挖后,由于其土質含水量一般較大,且受制于工作面及施工流程難以利用。因此,需要根據現場施工實際需求,利用路塹進行挖方土換填。

2.3 拼接路堤路段排水布置

完成上述設計后,進行拼接路堤路段的排水處理,在此過程中,考慮到設計段存在兩處超高排水,針對此種情況,可采用設置“集水井+急流槽+矩形集水溝+橫向排水管”的方式,對超高段的路面積水進行排出處理。

在進行中央分隔帶排水設計時,采用新澤西雙墻式護欄,墻內凈寬0.85 m,墻高1 m,墻內填土應用小型機械壓實,使護欄表面雨水難以下滲,因此本項目中央分隔帶內不設置排水。在此基礎上,設計施工過程中的臨時排水布置。如圖3所示。

圖3 拼接路堤路段臨時排水布置(單位:cm)

按照上述方式,對于高度>3 m的新老路堤銜接位置,采用級配碎石盲溝進行路基的排水設計,通過此種方式,排出路基表面的匯流水,避免積水滲入路床銜接位置[10]。對于施工中的盲溝位置,可采用設置60 cm×80 cm縱向溝的方式,進行路段防滲處理,并在施工路段上鋪設土工布,預設每間隔50 m設置一道,保證施工現場臨時排水可以在實際應用中發揮預期效果。

在上述設計內容的基礎上,為實現對路基排水性能的進一步優化,可采用增設排水溝的方式,在工程主線填方施工路段位置設置一個底部×深度=0.6 m×0.8 m的排水溝,排水溝整體采用預制混凝土塊設置,同時,設置填方路段的匝道與排水溝的深度保持一致。同時,在路基拼接挖方路段采用設置明蓋板的方式進行邊溝設計。為確保截斷的坡面與路基之間的地下水保持連通關系,可在確保路基呈現干燥狀態的基礎上,設置一個深度約為50 cm的碎石盲溝,利用盲溝中的濾水管進行地下滲水的排出處理。此外,在路基順坡挖方距離頂坡5 m處,可以設置一個截水溝(根據設計中的具體情況規劃截水溝的具體情況),通過此種方式,確保對邊坡頂部來水的攔截。為避免在此過程中由于外部降雨導致路基結構失穩或其他安全問題,可在完成上述排水工程的規劃與設計后,對施工段進行地質考察,查明施工過程中的軟土段與高液限土分布路段,根據土體的性質,在平臺位置進行挖方,設置一個平臺溝,進行坡面雨水的收集。在降雨過程中,平臺溝將主動收集雨水,并將雨水自動導入急流槽,與邊溝呈現連接狀態的急流槽將進行雨水的導流,按照上述方式進行雨水的排出。綜上所述,實現對路基拼接施工過程中的排水與導流設計,完成對樟吉高速項目改擴建施工工程中路基的拼接施工與處理。

3 施工成果質量驗收

按照上述設計的施工方案,對樟吉高速K0+000～K104+845路段進行路基拼接施工。施工前,由施工方安排專項技術人員進行路段的勘察,勘察工作內容如表3所示。

表3 施工前勘察作業內容

通過上述方式,掌握施工段路基基礎情況,在此基礎上,進行填方路基的拼接設計,根據工程施工方質量要求,進行挖方路基銜接施工,再按照上文設計內容,對拼接路堤路段進行排水布置。

完成拼接施工后,在施工區段中隨機選擇抽樣點,對施工后拼接路基的沉降進行檢測。根據公路路基設計規劃文件中相關內容可知,一般路段拼接施工的允許沉降為≤0.50 m。在測點進行拼接路基沉降觀測,統計觀測結果,如圖4所示。

圖4 拼接施工路基沉降值觀測結果

從圖4所示的實驗結果中可以看出,隨機選擇的19個測點在竣工后出現了不同程度的沉降,但沉降值均未>0.5 m,說明設計的施工方案在實際應用中符合標準。

4 結束語

以樟吉高速為例,對公路改擴建施工中的路基拼接施工處理方法展開了詳細設計與研究,盡管本次設計的成果在經過檢驗后證實了具有可行性,但要實現對此項工作的進一步優化與完善,還應當在后續的工作中,加強地質勘察,明確路面改擴建方案需結合各個階段路面現狀進行考慮。

考慮到路面施工期還有較長一段時間,下階段需加強路面檢測工作,國內幾個路面改擴建工程均采用了動態設計方法,取得較好效果。結合本項目的特點,亦可采用動態設計的方式進行方案綜合整改。此外,受交通組織方案影響,老路改造階段兩側的拼接部分下面層已完工,為了強化再生利用效果,可酌情考慮老路銑刨利用與老路回補和拼接新建路面的中面層。通過此種方式,進一步實現對設計成果的深化。