吳 煜

(四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國早期修建的部分高速公路已不滿足急劇增長的交通需求[1]。為提高道路通行能力，改善服務(wù)水平，高速公路將進(jìn)入改擴(kuò)建高峰期[2]。自21世紀(jì)初，啟動廣佛高速公路及沈大高速改擴(kuò)建工程以來，我國逐漸進(jìn)入了高速公路新建與擴(kuò)建工程并舉的時代。我國已經(jīng)相繼完成了滬寧、滬杭甬、連霍、京港澳、寧合、西潼、西寶、昌九、杭金衢、合蕪高速等近7000km高速公路的改擴(kuò)建工程。以四川省為例，至2021年，四川省相繼啟動了成彭、成樂、瀘黃、成南等高速公路的改擴(kuò)建工程。未來全國將會有更多的公路改擴(kuò)建項目。

不同于新建公路，道路改擴(kuò)建工程有特殊的問題和困難。由于舊路路基的固結(jié)沉降已經(jīng)完成或基本完成，而新路的路基尚未開始沉降。在運營過程中，新舊路基會產(chǎn)生明顯沉降差。高速公路拓寬工程最大的技術(shù)難題，是解決新舊路基的不均勻沉降問題[3]。研究高速公路改擴(kuò)建問題，既要方案切實有效，又要爭取施工方便，不過多增加工程造價。公路改擴(kuò)建新舊路基的合理銜接與沉降控制，需要切實有效、經(jīng)濟(jì)適用、養(yǎng)護(hù)方便的措施和技術(shù)。

近年來，國外大量的研究人員以工程實踐為背景，采用模型試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等手段，對新舊路基合理銜接與差異沉降控制進(jìn)行了廣泛的研究。國內(nèi)主要是從增強(qiáng)新舊路基結(jié)合、應(yīng)用土工合成材料、提高新地基承載力和控制填料壓實度等幾個方面來考慮降低新舊路基差異沉降技術(shù)。從道路總體的應(yīng)用效果來看，這些方法在技術(shù)上是可行的，但仍然存在一些長期效果不理想和成本過高等問題，還有大多數(shù)擴(kuò)建工程都很難避免在使用期內(nèi)發(fā)生縱向開裂。

本文分析公路改擴(kuò)建新舊路基銜接和沉降問題，研究公路改擴(kuò)建工程中新舊路基合理銜接技術(shù)、差異沉降控制技術(shù)，并給出新舊路基合理銜接與沉降控制的具體建議。

1 公路改擴(kuò)建新舊路基銜接和沉降問題分析

在新舊路基銜接工程中，老路基經(jīng)過數(shù)年甚至數(shù)十年荷載作用，沉降已趨于穩(wěn)定，而新路基建成后必然要經(jīng)歷一個沉降過程；新舊路基的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、密實度、固結(jié)程度等方面存在差異，將會造成新舊路基的不均勻沉降，從而引起路基縱向開裂，并將裂縫反射到瀝青路面。從目前我國已實施完成并投入使用的高速公路改擴(kuò)建工程來看，開裂、車轍及沉陷是拼接位置的易發(fā)病害。

新舊路基之間的差異沉降是導(dǎo)致相關(guān)病害的主要原因，加之高速公路廣泛應(yīng)用的瀝青路面結(jié)構(gòu)層的厚度和模量有限，會出現(xiàn)新建的路面，特別是瀝青路面的開裂。造成新舊路基不均勻沉降的具體原因有：拓寬處的地基過陡、拓寬處的地基軟弱、地基變形差異、新舊路基填方高度不同、新舊路基壓實度不同、排水影響等。

因此，有必要分別研究公路改擴(kuò)建新舊路基合理銜接技術(shù)和公路改擴(kuò)建新舊路基差異沉降控制技術(shù)。

2 公路改擴(kuò)建新舊路基合理銜接技術(shù)

公路改擴(kuò)建新舊路基合理銜接方面的傳統(tǒng)做法是在舊路一端采用開臺階做法，加強(qiáng)新舊路的結(jié)合，但仍然是半剛性基層直接相接。由于新舊路面結(jié)構(gòu)材料性能不同，在荷載作用下，造成路基出現(xiàn)不均勻變形。無法消除的路基不均勻變形導(dǎo)致擴(kuò)建的瀝青路面在新舊結(jié)合部位出現(xiàn)破壞。在公路改擴(kuò)建新舊路基合理銜接方面，不僅要重視路基搭接位置和搭接寬度，優(yōu)選路基填筑方法，還要合理制定拼寬施工方案。

2.1 重視路基搭接位置和搭接寬度

改擴(kuò)建高速公路路基拼接位置是薄弱環(huán)節(jié)，也是關(guān)鍵部位。路基搭接施工控制，要重點關(guān)注搭接位置的選擇。

以京港澳高速公路石家莊至磁縣段改擴(kuò)建工程為例，研究人員重點分析了路基搭接位置，研究后認(rèn)為將頂層的接縫設(shè)置在第二車道與第三車道的分隔線上，第一級臺階的寬度確定為180cm，第二道接縫設(shè)置在第三車道的中線上，第二級臺階寬度確定為70cm，這樣可以有效保證接縫位置避開車道的輪跡帶[4]，通行過程中新舊路基搭接處的病害較少。

以京港澳高速公路京石段擴(kuò)建工程為例，研究人員研究了路基搭接寬度，研究后推薦基層的搭接臺階寬度為30cm，面層的搭接臺階寬度為30cm，這樣的搭接效果比較理想，出現(xiàn)病害的情況比較少，而且施工的工程量比較小[5]。

可見，對于不同道路路段，應(yīng)結(jié)合道路改擴(kuò)建工程的具體要求，根據(jù)路基的工程地質(zhì)條件，選擇不同的搭接位置和搭接寬度，不僅有利于減少道路病害的出現(xiàn)，還節(jié)約了工期、減少了施工成本，這些研究成果值得應(yīng)用推廣。

2.2 優(yōu)選路基填筑方法

改擴(kuò)建高速公路路基施工可以采取路基間隙填筑法。施工方案如圖1所示。

圖1 間隙填筑法

研究表明，較之水平填筑，路基間隙填筑法可以顯著減少既有道路的水平變形，減少了30%的變形量，從而大大減少路基開裂的可能性。

2.3 合理制定拼寬施工方案

高速公路加寬后，如何使拼寬位置的新舊路基協(xié)同受力和變形，是改擴(kuò)建路基面臨的關(guān)鍵問題，確定合理的拼寬方案尤為重要。經(jīng)過大量路基改擴(kuò)建實踐編制以下拼寬施工方案：清除雜物，對舊土路肩翻曬或摻石灰重新碾壓等，還可以修建試驗路，進(jìn)而優(yōu)化路基開挖臺階的方案，具體實施步驟如下：

（1）清除地表植物、有機(jī)種植土及不符合強(qiáng)度要求的原土后，按規(guī)定進(jìn)行路基壓實，并進(jìn)行密實度檢驗；

（2）施工時需通過現(xiàn)場試驗嚴(yán)格保證路基土的各項指標(biāo)，如原有路肩的質(zhì)量較差，則應(yīng)將土路肩翻曬或摻石灰，再重新碾壓；

（3）對公路改擴(kuò)建新舊路基豎向沉降最大的影響因素是路基的拓寬寬度，建議單側(cè)拓寬的寬度采取8～12m；

（4）對大型壓路機(jī)的壓實施工時的死角，即新舊路基結(jié)合帶，用打夯機(jī)分薄層填筑壓實，必要時可采用沖擊碾加強(qiáng)壓實。

3 公路改擴(kuò)建新舊路基差異沉降的控制

公路改擴(kuò)建新舊路基差異沉降的控制，必須先對新舊路基不均勻沉降進(jìn)行分析，然后針對性地實施控制技術(shù)。

3.1 路基不均勻沉降分析

造成新舊路基出現(xiàn)差異沉降的原因主要有：拓寬路基的壓實度不足、高填方路基、新舊路基結(jié)合部的強(qiáng)度不足等[6]。隨著路基的填土高度増大，道路拓寬工程新舊路基的差異沉降值增大；新加寬的道路路基土的彈性模量對沉降的影響程度較大，隨著彈性模量的増加，路基不均勻沉降量呈下降的趨勢[7]。新舊路基差異性大，會因土質(zhì)、土體壓縮性、固結(jié)時間、自重、長期荷載等各種不同的因素，產(chǎn)生不均勻沉降，并從路基反映至路面，進(jìn)而造成路面結(jié)構(gòu)的損壞。

新舊路基沉降差異主要形成機(jī)理是：新舊路基壓實度不同，尤其是邊緣的壓實度往往差異較大，原有道路路基經(jīng)通車運行壓縮變形已基本完成沉降，而擴(kuò)建道路路基施工結(jié)束后，仍在發(fā)生一定的壓縮變形，施工中路基填料的密實度不足，是產(chǎn)生新舊路基的不均勻沉降的直接原因。

國內(nèi)外科研人員已經(jīng)對此問題開展了相應(yīng)的研究。研究表明公路路基拓寬的寬度越大，新舊路基不均勻沉降問題往往越大，并且越難解決。在行車荷載作用下，路面容易出現(xiàn)縱向開裂。在高速公路改擴(kuò)建過程中，必須限制拓寬的寬度，以不超過8 m為宜，即一次最多拓寬2個車道[8]。這些對路基不均勻沉降的分析奠定了差異性控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

3.2 道路改擴(kuò)建新舊路基差異沉降控制技術(shù)

通過提高新地基的承載力來控制差異沉降具有非常重要的意義，但從造價方面考慮，國內(nèi)大部分的擴(kuò)建工程僅在橋頭路段釆用部分地基處理措施，而未在所有路基段進(jìn)行推廣。在橋頭路段一般采用粉噴樁、碎石砂樁、預(yù)應(yīng)力樁等復(fù)合地基處理法來提高地基承載力，施工效果良好。路基段一般只采用沖擊碾壓或填前碾壓進(jìn)行處理。

在壓實度控制方面，沖擊壓實和強(qiáng)夯也經(jīng)常用于道路改擴(kuò)建工程，沖擊壓實用于路基補(bǔ)壓和地基處理，強(qiáng)夯主要用于新舊路基結(jié)合帶的處理。工程實踐表明，利用強(qiáng)夯技術(shù)可以增強(qiáng)新舊路基的密實程度和結(jié)合效果。

在新舊路基拼接段鋪設(shè)土工材料，能使松散的土體形成板結(jié)的復(fù)合體。鋪設(shè)土工材料能夠增強(qiáng)新舊路基整體的穩(wěn)定性，增強(qiáng)其力學(xué)特性。路基土體更易形成自拱效應(yīng)。鋪設(shè)土工材料可以加強(qiáng)路基的整體強(qiáng)度和板體作用，防止新舊路基不均勻沉降，進(jìn)而減少路面的反射裂縫。在荷載的作用下，隨著地基差異沉降的增加，路基內(nèi)部土體存在變形的協(xié)調(diào)過程。土工格柵起著協(xié)調(diào)路基土體變形的作用，能在一定程度上消解新舊路基間的差異沉降。因此，鋪設(shè)土工格柵或土工布，可以增大路基的整體強(qiáng)度，增強(qiáng)板體作用，從而防止路基不均勻沉降，減少反射裂縫。

在填料控制方面，目前國內(nèi)道路擴(kuò)建工程一般考慮兩個方面：一是使用透水性填料，降低路面滲水，二是使用輕質(zhì)填料，通過減小新路基重量的方法來降低新路基沉降量。道路擴(kuò)建工程中采用了輕質(zhì)路堤，結(jié)果表明具有很好的使用效果，很大程度上降低了路基的差異性沉降。然而其造價較高，限制其進(jìn)一步的推廣。

4 結(jié)束語

本文研究了公路改擴(kuò)建新舊路基合理銜接與沉降控制這個復(fù)雜又重要的問題，結(jié)論如下：

（1）公路改擴(kuò)建不均勻沉降的原因：新舊路基的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、模量、密實度、固結(jié)程度等方面存在差異。

（2）公路改擴(kuò)建新舊路基的合理銜接技術(shù)，比如接縫處理、間隙填筑法、加強(qiáng)壓實等技術(shù)手段是有效的。

（3）公路改擴(kuò)建新舊路基差異沉降的控制，必須限制拓寬寬度，不超過8 m為宜；鋪設(shè)土工材料、加強(qiáng)夯實等等技術(shù)手段也是有效的。

（4）本文研究結(jié)論可以更好地指導(dǎo)后期公路改擴(kuò)建工程的設(shè)計和施工。