杜 玉

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

隨著省內(nèi)交通運(yùn)輸及物流行業(yè)的快速發(fā)展，高速公路通行量及荷載水平快速提升，建設(shè)于21世紀(jì)初期的高速公路結(jié)構(gòu)的通行能力和承載能力均無法滿足當(dāng)前的通行和承載要求，為了實(shí)現(xiàn)高速公路的長期、可持續(xù)服役目的，必須對既有高速公路的路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓寬改造施工，以提升老舊高速公路的綜合技術(shù)指標(biāo)。高速公路加寬施工中，新舊路基結(jié)構(gòu)的銜接施工位置及銜接位置的不均勻沉降控制是工程施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了提升省內(nèi)高速公路拓寬改造施工技術(shù)的綜合能力，必須強(qiáng)化新舊路基的沉降控制技術(shù)，切實(shí)降低改造后路基結(jié)構(gòu)的不均勻沉降病害概率，并為后續(xù)的省內(nèi)既有高速公路改擴(kuò)建施工提供技術(shù)參考和借鑒。

1 新舊路基銜接位置不均勻沉降影響因素分析

1.1 路基拓寬方式及寬度對不均勻沉降的影響因素

經(jīng)施工項(xiàng)目現(xiàn)場試驗(yàn)分析可知，新路基的拓寬長度增長值與新舊路基的沉降增長值二者之間呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，但是并非簡單的線性關(guān)系，相關(guān)曲線的斜率值逐步降低。對于高速公路路基單側(cè)加寬施工而言，原有路基結(jié)構(gòu)的中線位置的沉降逐步增加，但中線周圍的沉降值較低，沉降變化規(guī)律為先增加后降低。若假定加寬路基的路堤高度值恒定，在拓寬長度較低時，路基頂部出現(xiàn)沉降的最大位置一般位于加寬后路肩結(jié)構(gòu)的外圍，在加寬施工過程中，沉降量最大值逐步向路基中心位置合并，并在新填筑的路基結(jié)構(gòu)表面形成反向的橫坡。在車輛荷載及外部環(huán)境的耦合作用下，路基結(jié)構(gòu)容易受到破壞。綜上，在原有路基拓寬寬度較小的情況下，由于受到車輛荷載及外部惡劣環(huán)境的耦合作用下，為了降低其對路基結(jié)構(gòu)的破壞和影響，可以選用單車拓寬施工技術(shù)；若拓寬值較大時，新舊路基結(jié)構(gòu)的沉降差異對拓寬寬度的變化敏感性較強(qiáng)，一般不建議在工程中使用。本拓寬改造項(xiàng)目的路基結(jié)構(gòu)呈中心對稱形式，在計(jì)算中，選定的加寬長度分別為7.5 m和15 m，相應(yīng)的半值分別為3.75 m和7.5 m，最終的沉降結(jié)果值如表1所示。

表1 不同拓寬寬度相應(yīng)的新舊路基沉降差值

1.2 加寬路基高程變化對沉降差異的影響分析

在施工項(xiàng)目現(xiàn)場采取試驗(yàn)的方式對距離舊有路基中心不同距離下的相應(yīng)頂面沉降值進(jìn)行分析，具體沉降值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 沉降值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分析表2可知，對應(yīng)的路基填筑高度越低，新舊路基結(jié)構(gòu)在頂部位置的沉降曲線的變化幅度越顯著；且新舊路基結(jié)構(gòu)的填土高度與新路基結(jié)構(gòu)對舊路基結(jié)構(gòu)的影響之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，由于舊有路基結(jié)構(gòu)的沉降值降低，最終的路堤結(jié)構(gòu)頂部的沉降段的變化趨勢逐步趨向于緩和。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)研究可知，路基填筑高度與舊有路基對新路基的沉降影響程度之間呈正相關(guān)關(guān)系，所以，相應(yīng)的拓寬路基結(jié)構(gòu)在脫離原有路基結(jié)構(gòu)邊坡后，拓寬部分的沉降差異值較低，由于新舊路基結(jié)構(gòu)沉降的不同步性，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)內(nèi)部局部出現(xiàn)應(yīng)力集中問題，最終引起“波浪形”沉降病害。

2 新舊路基銜接位置不均勻沉降指標(biāo)控制分析

省內(nèi)高速公路施工中，路基結(jié)構(gòu)層的主要土質(zhì)類型為黃土，黃土結(jié)構(gòu)的典型特性是在浸水條件下承載能力急劇下降，干燥黃土和含水率較高的黃土的承載能力之間存在明顯的差異；由于黃土在浸水后，其承載能力下降顯著，其承載特性類似于軟土，在上部荷載和環(huán)境的耦合作用下，很容易引發(fā)局部不均勻沉降。高速公路路基拓寬改造施工中，不均勻沉降控制指標(biāo)主要是縱坡和橫坡，上述兩個指標(biāo)的控制可以實(shí)現(xiàn)路基沉降的總體控制目的。

2.1 高速公路路基拓寬后的縱坡要求

JTG B01—2015公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對路基沉降引起的縱坡變化進(jìn)行明確的規(guī)定，在不同設(shè)計(jì)時速條件下，路基縱坡的控制標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 不同設(shè)計(jì)時速條件下的縱坡最大值

分析表3可知，不同設(shè)計(jì)時速條件下的縱坡極限值相差最大值為1%，縱坡率對行車速度影響極為敏感，在確定控制標(biāo)準(zhǔn)時必須謹(jǐn)慎。在該拓寬改造施工項(xiàng)目中，選取0.5%作為坡度變化的限值。

2.2 高速公路路基拓寬后的橫坡要求

原有路基結(jié)構(gòu)的沉降基本完成，改造后的路基結(jié)構(gòu)在自重作用下的沉降量尚未完全，依照項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，拓寬改造后的路基結(jié)構(gòu)在新路堤結(jié)構(gòu)的作用下，對于原有路基的殘余沉降量較小，在新路基結(jié)構(gòu)的形心位置由于應(yīng)力集中問題，殘余的沉降值增加。由于加寬改造施工對道路橫坡的影響較為明顯，在設(shè)計(jì)過程中，若選定的橫坡率值為2%，雖然能夠提升排水效率，但是不利于行車安全，本工程項(xiàng)目選定的橫坡率值為0.5%。路基加寬施工不同位置沉降分布如圖1所示。圖1中，1表示舊路基沉降分布情況，2表示拓寬后的路基沉降分布情況。

3 新舊路基銜接位置常用不均勻沉降控制措施分析

3.1 新舊路基削坡及臺階開挖施工技術(shù)

原有路基結(jié)構(gòu)的削坡及臺階開挖可以顯著控制不均勻沉降，根據(jù)本工程項(xiàng)目，在加寬路基施工中，原有路基的表層開挖厚度值應(yīng)不低于300 mm，且開挖的材料不能應(yīng)用在新填筑路基中，斜坡疏松土必須及時清理，臺階開挖應(yīng)選用由下至上的方式進(jìn)行開挖。在具體的臺階開挖過程中，結(jié)合本工程項(xiàng)目實(shí)際情況，以最大程度保證大斜坡路基的穩(wěn)定性，應(yīng)先削坡再進(jìn)行臺階開挖，且削坡環(huán)節(jié)應(yīng)劃分為多次進(jìn)行，且后續(xù)削坡的坡率值應(yīng)逐步放緩。本拓寬改造項(xiàng)目選用的臺階開挖方式為豎傾式臺階，豎傾臺階可以保證逐層臺階開挖的壓實(shí)特性，但是相應(yīng)的施工難度較高，由于本工程項(xiàng)目在臺階開挖過程中沒有使用加固格柵，因此，豎傾式臺階的優(yōu)勢極為顯著。豎傾式結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 土工合成加固技術(shù)

在路基拓寬改造施工中，土工合成材料加固技術(shù)對于新舊路基的不均勻沉降控制優(yōu)勢顯著。常用的土工合成加固技術(shù)主要為土工格柵材料。該技術(shù)原理是將被加固的土體視為各項(xiàng)異性的復(fù)合材料，復(fù)合材料同時受到拉應(yīng)力和剪應(yīng)力兩種，可以將格柵材料視為剛性材料，其加固性能優(yōu)異。使用加筋材料進(jìn)行加固的過程中，隨著鋪筑層位置的逐步降低，差異沉降作用的削減效應(yīng)逐步提升。在土體相互摩擦力的作用下，可以為新舊路基土體提供較強(qiáng)的橫向約束力，以控制新舊路基的整體變形能力，新舊路基土體的整體性和剛度顯著提升，二者之間的不均勻沉降效應(yīng)被顯著抑制。對于加寬部分路基，土工格室加筋時的水平位移小于不加筋時的位移,即土工格室加筋對防止路基水平位移有較為明顯的效果，有效抑制和減少了路基水平位移。

4 結(jié)語

既有高速公路的路基拓寬改造施工過程中，新舊路基的不均勻沉降是拓寬改造施工中的常見病害之一，銜接位置的不均勻沉降嚴(yán)重影響了路面的通行能力及行車平順性。文章以省內(nèi)某高速公路路基拓寬改造項(xiàng)目為例，闡述了新舊路基不均勻沉降的影響因素、控制指標(biāo)及應(yīng)對策略，經(jīng)施工項(xiàng)目應(yīng)用后，沉降控制能力反饋良好。