胡正河

（邢臺(tái)市信都區(qū)地方道路管理站，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路的交通量也逐漸增長(zhǎng)，考慮到既有高速公路的病害及減少對(duì)土地的占用，可通過在既有公路路基的兩側(cè)或者單側(cè)進(jìn)行擴(kuò)建，以滿足交通需求。但已有公路路基在長(zhǎng)期的行車荷載作用下，固結(jié)沉降過程基本上完成，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，而擴(kuò)建部分路基依附于既有路基邊坡上，在外部荷載作用下仍會(huì)發(fā)生沉降，使新舊路基交接部分會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，甚至引起連帶沉降，嚴(yán)重時(shí)表面出現(xiàn)裂縫，路基內(nèi)部存在滑裂面，從而對(duì)高速公路通行能力、服務(wù)水平及行車安全產(chǎn)生較大的影響。因此，解決新舊路基交界處的差異性沉降顯得至關(guān)重要。

本文以邢臺(tái)高速改擴(kuò)建工程為工程背景，在傳統(tǒng)水平分層填筑技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)高速公路改擴(kuò)建過程中遇到的差異性沉降等問題，在土力學(xué)應(yīng)力路徑理論基礎(chǔ)之上，提出了分部填筑施工技術(shù)，并對(duì)分部填筑施工技術(shù)的施工要點(diǎn)進(jìn)行了介紹。然后通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)不同土工格柵長(zhǎng)度及分部填筑高度條件下，改擴(kuò)建路基的沉降進(jìn)行了研究，最后從路基填料的選擇及壓實(shí)度兩方面對(duì)路基的差異性沉降進(jìn)行控制。

1 工程概況

邢臺(tái)高速是河北省境內(nèi)一條由南向北的重要主干道，也是河北省“九縱五橫一環(huán)七連”高速公路規(guī)劃布局網(wǎng)中的一條，承載著河北省南北向的主要交通需求。由于既有老路基出現(xiàn)不同程度的病害，難以滿足日益增大的交通需求及行車安全要求，將既有主線四車道改擴(kuò)建為八車道，全線路基加寬段全長(zhǎng)46.21km，擴(kuò)建方式為單側(cè)或者雙側(cè)，擴(kuò)建后的高速公路設(shè)計(jì)使用年限為15年，設(shè)計(jì)車速分為100km/h和120km/h，設(shè)計(jì)荷載1級(jí)。

本工程所處地形條件復(fù)雜，有低山丘陵區(qū)、平原微丘區(qū)等。地貌單元種類多，高低起伏變化大，地貌十分發(fā)育。路基段處于低山丘陵工程地質(zhì)區(qū)，地質(zhì)條件良好，但地面高低起伏變化大，給施工帶來一定的困難，另外在施工過程中需要注意構(gòu)造破碎帶、軟弱夾層等問題。

2 拓寬路基分部填筑工法特性

傳統(tǒng)新舊路基擴(kuò)寬工程中，一般選擇水平分層填筑的施工工法，但由于新舊路基填料及下方地基的固結(jié)程度等均不同，可能會(huì)引起新舊路基交界處出現(xiàn)差異性沉降，從而引起路基路面出現(xiàn)開裂破壞，甚至?xí)?dǎo)致路基整體垮塌，給行車安全帶來嚴(yán)重的影響。因此，本文基于土力學(xué)中應(yīng)力路徑優(yōu)化原理，提出了一種分部填筑的施工方法，可以有效提高新舊路基的穩(wěn)定性。

2.1 分部填筑工法斷面設(shè)計(jì)

分部填筑方法是應(yīng)用于路基拓寬工程中，基于傳統(tǒng)的水平分層填筑方法，提出的一種改進(jìn)施工工法，如圖1所示。

與傳統(tǒng)水平分層填筑方法不同，在老路基邊坡按照不同拓寬形式開挖臺(tái)階后，在距離舊路基邊坡一定范圍內(nèi)分層填筑第一部分新路基，當(dāng)新填筑路基碾壓固結(jié)穩(wěn)定后，在新舊路基之間填筑第二部分新路基填料。公路地基土穩(wěn)定性較差時(shí)，可對(duì)新舊路基之間地基進(jìn)行加固，如在地基進(jìn)行加固樁處理，從而提高新舊路基交界處的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，為了增加新舊路基之間的連接力，可通過在臺(tái)階處布置土工格柵或者微型樁等進(jìn)行局部加固，降低新舊路基交界處開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

在距離老路基邊坡一定范圍外填筑的新建路基在自身重力作用下，路基下方地基的應(yīng)力狀態(tài)和變形條件發(fā)生改變，形成和老路基滑動(dòng)方向相反的力矩，從而平衡老路基的滑動(dòng)力矩。并且，新建路基不僅能夠幫助老路基承受一部分填土壓力，而且新建路基本身在自重作用下發(fā)生固結(jié)，可以提高間隙軟土的強(qiáng)度和水平應(yīng)力，有效減小老路基的附加變形。

2.2 分部填筑工法施工要點(diǎn)

高速公路改擴(kuò)建工程利用分部填筑工法施工時(shí)需要注意：

（1）按照相關(guān)規(guī)范要求對(duì)老路基和新建路基施工場(chǎng)地進(jìn)行清理后，需要根據(jù)路基相方地質(zhì)條件，合理選擇路基拓寬方式、路基填筑高度。

（2）對(duì)老路基進(jìn)行削坡和開挖臺(tái)階，為增加新老路基之間的接觸力，對(duì)老路基表面進(jìn)行30cm進(jìn)行清坡處理及地基表面壓實(shí)，填筑高度5m以下的部分采用連續(xù)液壓夯夯實(shí)，填筑高度在5m以上的采取重夯夯實(shí)；在進(jìn)行填筑壓實(shí)過程中，需要做好路基排水工作，并保證各層填料的壓實(shí)度。

（3）當(dāng)路基填方高度過大或者地質(zhì)條件較差時(shí)，一般采用水泥攪拌樁復(fù)合地基法進(jìn)行處理，樁體梅花形布置，樁間距1.5m，樁徑為0.5m，單樁承載力不小于130kN。

（4）按照臺(tái)階開挖線，由上到下分級(jí)開挖各級(jí)臺(tái)階。當(dāng)?shù)鼗探Y(jié)一段時(shí)間，路基壓實(shí)找平后，才開始下一級(jí)臺(tái)階的開挖。為了保證新舊路基的整體穩(wěn)定性，一般在臺(tái)階開挖后，利用土工格柵和土體之間的嵌固咬合作用，通過鋪設(shè)土工格柵，加強(qiáng)新舊路基之間的銜接。開挖臺(tái)階的參數(shù)為：臺(tái)階坡度為橫坡內(nèi)傾4%，豎向內(nèi)傾15°；上部臺(tái)階寬100cm，高82cm；坡腳處臺(tái)階寬175cm，高142cm。

（5）為進(jìn)一步減少新舊路基之間的差異沉降，可以選擇在臺(tái)階處隔級(jí)布設(shè)微型樁，在臺(tái)階開挖后進(jìn)行施工。

3 現(xiàn)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)及差異沉降控制技術(shù)

土工格柵長(zhǎng)度及分部填筑高度均為影響路基分部填筑施工效果的重要影響因素，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)不同土工格柵長(zhǎng)度及分部填筑高度下分部填筑路基的沉降特性進(jìn)行研究?，F(xiàn)場(chǎng)利用沉降板對(duì)新舊路基連接及坡腳處沉降值監(jiān)測(cè)，如圖2所示。

圖2 沉降板

3.1 不同土工格柵長(zhǎng)度

采用分部填筑技術(shù)，先填筑新路基的第一部分，然后填筑新路基的第二部分，在路基分部填筑高度為4m的前提下，從上到下依次開挖4級(jí)臺(tái)階，臺(tái)階高度分別為1.2m、0.5m、0.85m、1.45m，土工格柵鋪設(shè)在第一級(jí)臺(tái)階地面，土工格柵的長(zhǎng)度分別4m、6m、8m，如圖3所示。

圖3 不同土工格柵長(zhǎng)度（單位：mm）

不同土工格柵長(zhǎng)度下，路基的沉降值隨時(shí)間變化的曲線如圖4所示。

圖4 不同土工格柵條件下路基沉降曲線

由圖4可知，隨著時(shí)間的增加，不同土工格柵長(zhǎng)度條件下，路基的沉降值逐漸增大，但沉降速度先增大后減小，且不同土工格柵條件下路基的最終沉降值相差不大：土工格柵長(zhǎng)度為4m時(shí)，路基的最終沉降值為21.5m；土工格柵長(zhǎng)度為6m時(shí)，路基的最終沉降值為24.1m；土工格柵長(zhǎng)度為8m時(shí)，路基的最終沉降值為23.2m；這是由于土工格柵的位置為路基頂面，土工格柵長(zhǎng)度對(duì)加寬路基坡腳處沉降值影響不大。

3.2 不同分部填筑高度

老路基邊坡開挖4級(jí)臺(tái)階，并在路床地面鋪設(shè)6m土工格柵。路基分部填筑高度分別為3m、4m、5m、6m，臺(tái)階自上到下分別為：第一級(jí)臺(tái)階（高度1.2m）、第二級(jí)臺(tái)階（高度為總填筑高度減其他三級(jí)臺(tái)階高度）、第三級(jí)臺(tái)階（高度0.85m）、第四級(jí)臺(tái)階（高度1.45m），如圖5所示。

圖5 不同填筑高度（單位：mm）

不同填筑高度下，路基頂面處側(cè)沉降值如表1所示。

表1 不同填筑高度下路基頂面處側(cè)沉降值

由表4可知，路基頂面的沉降值隨著距離老路基中心線位置的不同最大沉降值也不同，且隨著路基填筑高度的增加，沉降最大值向新路基路肩處移動(dòng)，地基沉降的速率逐漸降低：當(dāng)路基填筑高度為3m時(shí)，路基頂面最大沉降值17.8cm，距離老路基中心線約16m；當(dāng)路基填筑高度為4m時(shí)，路基頂面最大沉降值20.1cm，距離老路基中心線約18m；當(dāng)路基填筑高度為5m時(shí)，路基頂面最大沉降值22.3cm，距離老路基中心線約20m；當(dāng)路基填筑高度為6m時(shí)，路基頂面最大沉降值24.1cm，距離老路基中心線約24m。且隨著路基填筑高度的增加，路基頂面最大差異沉降值也逐漸增大，但增加幅度降低：路基高度從3m到6m每增加1m，最大差異沉降分別增加12.9%、10.9%、8.1%。

這是由于，隨著路基填筑高度的增加，地基土體壓縮模量逐漸增加，路基固結(jié)程度升高，可壓縮性降低，從而導(dǎo)致路基沉降速率變慢。另外，在分部填筑路基自重應(yīng)力作用下，路基下部地基土體的應(yīng)力擴(kuò)散，進(jìn)一步提高路基填料固結(jié)程度，沉降值增加。

3.3 路基差異沉降的控制技術(shù)

加寬路基差異性沉降可通過路基填料選擇及壓實(shí)度等方面進(jìn)行控制。

3.3.1 路基填料選擇

新建路基填料盡量選擇水穩(wěn)定性好、壓縮性小的土體，且料源地距離施工現(xiàn)場(chǎng)不宜過遠(yuǎn)、料源豐富。另外，還可以對(duì)路塹開挖土體進(jìn)行篩選，合格后進(jìn)行利用，取土地盡量選擇非生產(chǎn)用地或者山坡位置（確保邊坡穩(wěn)定）。路基填料需具有均勻特征、密實(shí)特征、高強(qiáng)度等特征，如表2所示。

表2 路基填料強(qiáng)度及最大粒徑要求

3.3.2 壓實(shí)度

壓實(shí)可以保降低路基填料壓縮性，提高路基填料的抗剪強(qiáng)度，使得路基在反復(fù)荷載作用下變形減少，從而提高新舊路基整體的穩(wěn)定性。另外，壓實(shí)還可以增大路基具有的回彈模量，有效減少路基在長(zhǎng)期荷載作用之下產(chǎn)生的回彈變形幾率，不同路基部位處的壓實(shí)度要求如表3所示。

表3 壓實(shí)度要求

4 結(jié)論

本文以邢臺(tái)高速改擴(kuò)建工程為工程背景，在傳統(tǒng)水平分層填筑技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)高速公路改擴(kuò)建過程中遇到的差異性沉降等問題，在土力學(xué)應(yīng)力路徑理論基礎(chǔ)之上，提出了分部填筑施工技術(shù)，并對(duì)分部填筑施工技術(shù)的施工要點(diǎn)進(jìn)行了介紹。然后通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)不同土工格柵長(zhǎng)度及分部填筑高度條件下，改擴(kuò)建路基的沉降進(jìn)行了研究，最后從路基填料的選擇及壓實(shí)度兩方面對(duì)路基的差異性沉降進(jìn)行控制，得到以下結(jié)論：

（1）路基分部填筑技術(shù)是在距離舊路基邊坡一定范圍內(nèi)分層填筑第一部分新路基，當(dāng)新填筑路基碾壓固結(jié)穩(wěn)定后，在新舊路基之間填筑第二部分新路基填料，可以平衡老路基的滑動(dòng)力矩，提高新舊路基的整體穩(wěn)定性。

（2）隨著時(shí)間的增加，不同土工格柵長(zhǎng)度條件下，路基的沉降值逐漸增大，但沉降速度先增大后減小，且不同土工格柵條件下路基的最終沉降值相差不大；路基頂面的沉降值隨著距離老路基中心線位置的不同最大沉降值也不同，且隨著路基填筑高度的增加，沉降最大值向新路基路肩處移動(dòng)，地基沉降的速率逐漸降低。

（3）加寬路基差異性沉降可通過路基填料選擇及壓實(shí)度進(jìn)行控制。