軟土路基拼寬設計研究

崔龍飛

（南陽通途公路勘察設計有限公司，河南 南陽 473000）

1 引言

隨著我國經濟社會的快速發展，交通基礎設施的建設步伐日益加快，尤其是公路交通，作為連接城鄉、促進區域經濟發展的重要紐帶，其建設質量和效率受到了社會各界的廣泛關注。在公路建設中，路基是公路的基石，其設計合理性和施工質量控制直接關系到公路的使用性能和安全性。特別是在軟土地區，由于軟土具有強度低、壓縮性高、透水性差等特點，使得軟土路基的設計和施工成為公路建設的重點和難點[1]。為使高速公路的通行性能有所提升，緩解道路交通壓力，常采用改擴建的方式進行道路升級改造，比起傳統的新建道路的方式，能使占用的土地資源大大減少，并使建設成本得到降低。但是在拓寬道路之后，特別是拓寬軟土地基道路投入使用后，常會遇到橋頭跳車和橫向裂縫等問題。為避免拼寬后的道路出現這些問題，有必要對其開展針對性的研究，以得出相應的解決措施，為相關設計研究提供理論依據，確保施工質量。

2 一般路基拼寬設計

2.1 面臨的問題

當前拓寬軟土路基常常會面臨以下3 種問題。

1）位于濱海路段的軟土一般都是海相沉積，有厚度較深、天然含水率較高和孔隙比較大等，并且具有較長的沉降周期以及較大的沉降等。在這種土質下進行拼寬施工將增大其上部荷載，導致路基出現附加壓力，最終表現為新舊路基出現差異沉降。

2）在拼寬路基中，新老路基結合位置需要較為復雜的施工處理，有較大的施工難度，且難以控制施工質量，該位置土層的密度較難符合設計要求，也更容易出現裂縫[2]。

3）對路基沉降，軟土地基壓縮以及自身壓縮都是其根源，因此，不僅要對軟土沉降進行控制，還需確保路基填料具備輕質和大剛度的特點，以對其沉降進行有效控制[3]。

2.2 新老路基結合方式

拼寬施工時具體包括單側加寬和雙側加寬兩種方式，如圖1 所示。

圖1 新老路堤放坡施工方式

單側拓寬施工的土石方較集中，且較易壓實，工期短，施工速度快，新舊路基僅接觸一側，施工影響較小，但單側擴寬容易出現偏荷載，會導致路基出現不均勻沉降。

雙側拓寬的方式在具體施工時采用的是雙側對稱施工，不會有偏荷載產生，因此，不均勻沉降有所減小，但所需施工工期較長，難以進行集中施工，路基拼接寬度較窄，難以進行有效壓實[4]。

在道路拼寬改建時，應結合單雙側拓寬的特點合理選擇拼寬方案。

3 拼寬路基處理

3.1 淺層處理

3.1.1 輕質填料回填處理

軟土路基拼寬施工時，多采用回填輕質填料的方式處理淺層，輕質填料包括二灰和泡沫混凝土。

從重度和路基土壓力看，路堤填料中選用輕質材料可以使其沉降有效降低。但將其用作路堤拓寬材料時，需注意應在一般路堤和輕質材料路堤間設置過渡段，具體可使用臺階式施工方法進行過渡段的銜接，臺階高度以0.5～1.0 m 為佳，坡比宜為1∶1～1∶2。

二灰輕質填料適用于未穩定沉降的、 有較大沉降速率且較低環境敏感度的路段。在路基拼寬中使用二灰填料時，應控制好二灰頂部彎沉。基于JTG D30—2015 《公路路基設計規范》的要求，各個等級下的公路二灰路基壓實度應通過試驗確定。在路床頂面鋪設延伸率不大于3%、 縱橫向抗拉強度在80 kN 以上的豎向鋼塑格柵。具體施工時，應結合灑水措施，避免出現飛灰，并且在二灰攤鋪之后應進行碾壓施工，可通過小型振動壓路機對難以進行碾壓施工的位置進行碾壓，以確保壓實度滿足要求。

二灰拌和施工時，其拌和的臨時場地應選擇在施工現場周邊的空地，在二灰的原材料中采用Ⅲ級生石灰作為石灰，設計配合比為：粉煤灰重量∶石灰質量=95%∶5%，通過集中拌和法進行二灰填料的拌和。

具體施工時，應通過分層水平的方式進行填筑，填筑規模較大時，應將路段劃分為不同區域進行填筑，且應在先進行填筑的路段預留臺階，以便于與后填筑路段搭接，搭接長度應在1.5 m 以上，且必須確保搭接壓實度滿足要求，壓實時應按照先輕后重，從兩邊到中間的方式進行壓實[5]。泡沫混凝土輕質填料適宜用在沉降未穩定、沉降速率較大的路段。采用管道進行泡沫混凝土的泵送，應確保其流動度在（185±20）mm。

3.1.2 鋪設土工格室處理

以玻璃纖維為基礎，通過相關編制工藝制作而成的網狀結構材料即為土工格室，其耐磨性和剪切性能均較好。

將土工格室鋪設到土層中，可使土工格柵網格中的土石料有不斷增大的互鎖力，使土石料摩擦系數有所提高，土工格室抗拔力有所增長。此外，土工格室質量較輕，且有柔性較強的網狀材料，在現場連接和剪切時較為方便，也可進行反復搭接，施工較為方便。

施工控制要求：鋪設土工格室時，應按要求平整路基，確保表層沒有突起物。因土工格室的受力與路堤軸線相互垂直，因此，鋪設時應確保其平順性，沒有皺褶出現，且有一定的張緊度，可通過土釘等進行壓重固定。土工格室應避免在受力方向進行搭接，且應有10 cm 以上的搭接寬度。若需要設置兩層以上的格室，應確保上下層接縫斷面相互錯開。

填料選擇：應選擇有較好透水性，有著合適級配礫類土等作為填料，且填料粒徑最大值應控制小于15 cm。

填料攤鋪：土工格室鋪設好后需及時覆土，土體裸露時間應控制在48 h 以下。松鋪厚度應控制小于30 cm，并從兩端開始攤鋪填料，以便固定格室。

填料壓實：采用振動壓路機從兩側到中間進行靜壓。施工時不可有車輛行駛到未壓實的加筋體上。應確保壓實度與設計相符，避免加筋土的性能受到影響。

若使用普通塘渣作為拼寬路段的填料，則在完成通車多年后該位置會有縱向裂縫出現。分析其原因可知，道路兩側地基沉降不均，且拼寬銜接處未增設土工合成材料。由此可知，填筑路基的拼寬路段除了需要確保填料滿足規定標準和壓實程度滿足要求，還需要在新舊路基的銜接位置設置土工格室等材料以確保銜接良好。

3.2 拼寬路基深層處理

水泥攪拌樁和預應力管樁是拓寬軟土路基時深層處理的常用方法。軟土層較厚時宜采用水泥攪拌樁，當拼寬范圍較大時，宜采用預應力管樁。

3.2.1 水泥攪拌樁處理

采用水泥攪拌樁處理深層拼寬路段，能使該范圍的軟土沉降有所減少，使新舊路基的差異沉降有所減小。宜以500 mm作為水泥攪拌樁的樁徑，布置時以梅花形布置，結合工程地質情況計算樁長和樁間距，以確保工后沉降滿足要求[6]。水泥攪拌樁濕噴法的施工流程如圖2 所示。

圖2 水泥攪拌樁濕噴法施工工藝圖

3.2.2 預應力混凝土管樁處理

預應力混凝土管樁的施工流程如圖3 所示。

圖3 預應力混凝土管樁施工流程示意圖

進行預應力混凝土管樁的設計時，應滿足以下要求。

1）按照DB33/T 904—2013《公路軟土地基路堤設計規范》的要求設計其樁徑，長度和間距。具體規格可結合現有標準圖集進行選取，以C30 等級的混凝土進行樁帽設計，并連接管樁。若現場條件允許，可通過靜壓法進行沉樁；

2）預應力鋼筋應以均勻圓周進行設計，配筋應滿足0.4%以上的要求，且數量應在6 根以上；

3）混凝土試件在預應力放張時應具有40 MPa 以上的抗壓強度；

4）摩擦型樁基的長度和樁徑的比值應在100 以下，端承樁樁基的該比值則應控制在80 以下；

5）布樁的平面系數應在6%以下，若需穿越厚度較大的軟土層則應該在4%以下；

6）使用清宕渣作為50 cm 樁頂范圍的填筑材料，且應將其含泥量控制在5%以下；

7） 在施工排水管道之前應先進行預應力管樁的施工，在施工完排水管道后再施工樁帽。

兩側拼寬的深層路段在借助混凝土預應力管樁處理且經過多年運營后產生顯著凸起。分析其原因可見，拼寬路基在經過樁基處理之后的沉降速率要小于原有路段，隨著時間的變化，不均勻沉降出現越發明顯的增長。對于設置了預應力混凝土管樁的路基有較為緩慢的沉降速率，但樁間土以及舊路基有較快的沉降速率，導致兩者出現沉降差異，從而有凸起出現。

綜上可知，在處理拼寬路基時，應結合舊路基運營時間和相關的沉降速率進行路基拼寬方式的選擇，確保拼寬后的路基有和老路基基本一致的沉降速率。

4 結語

根據上述對軟土路基拼寬設計的研究可知，軟土路基拼寬有其復雜性，路表在新舊路基差異沉降的影響下出現裂縫是主要問題所在。本文提出了通過輕質填料和土工格室處理拼寬路基淺層的方法，通過水泥攪拌樁和預應力管樁處理拼寬路基深層的方法，為后續類似設計提供參考。