公路拓宽改建工程病害及原因分析

杨春友

随着我国交通运输事业的快速发展，许多公路的拓宽改建已提上议程。公路拓建首先应解决路基拓宽、新老路基结合的问题，保证新老路基协调变形，共同承担行车荷载的作用，减少新老路基结合部的路面开裂、路基失稳等病害的发生。与新建路基相比，新老路基结合部处治设计除了需遵守新建路基的规定外，还应着重考虑路基拓宽工程的特殊性，对新老路基结合部采取相应的处治技术。尤其在软土地基上进行公路拓宽，国内外可借鉴的成功经验还很有限，需结合工程实践进行研究。近几年已完成的拓建工程虽积累了一些成功经验和成果，但许多理论问题尚未完全解决，需要进一步补充和完善。

1 拓宽路基病害及成因

道路拓宽常见的损坏形式:新老路结合部剪切开裂;老路基层顶面开裂;新老路基层底面开裂;新老路面结合部弯拉开裂。损坏的主要成因是新路基稳定性不足和新老路基的不协调变形，尤其是新老路基的不协调变形使得新、老路面结构在行车荷载作用下既承受荷载应力，还承受结构附加应力。新老路基不协调变形是道路拓宽产生病害最重要的、最根本的原因。

2 拓宽路面产生裂缝的原因

通过对纵向裂缝的调查观察和定性分析可得出新老路基出现差异沉降，最终使路面产生纵向裂缝，主要是由以下原因造成的:

1)由于土基地质差，导致新老路基底部土基因荷载的增加发生沉降，但原路基下的地基因在改造时已基本固结沉降到位并且所增加的荷载远小于新拓宽部分，其沉降大大小于新拓宽部分地基的沉降;2)由于新老路基出现差异沉降，路基失去稳定，表现为路堤内的破裂面(顶部破裂面在老路范围内)外的土体下沉侧移，将路面拉裂造成纵向开裂。

3 拓宽路基及路面病害防治措施

3.1 提高路基稳定性及其强度

公路拓宽改建工程受老路自然状况制约，在选线上无法充分考虑地形地貌、地质土质的特殊情况。在确保老路基稳定的前提下充分考虑影响新老路基稳定性的各种因素，重点应抓好原地基处理、采取防侧滑措施、控制施工速率、改良路基填料性能等关键施工环节，使之能够达到提高路基强度，减少路基工后沉降，进而有效控制纵向裂缝的产生。

3.2 土工合成材料的应用

路基施工时在新老路衔接的台阶处设置双向土工格栅，可有效增加新旧路基间的粘结力，减少不均匀沉降和侧向位移。同样路基顶、底基层、基层顶面在施工中除设台阶衔接外，在结合处增设土工格栅可以使新老路有效地融为一体。在近年的工程实践中，我们采用强度、张拉力、柔韧性更优的玻纤格栅在新老路纵向接缝和基层顶面新老路结合处及老路部位铺设，有效减少了路面纵向开裂，收到了较好的效果。

3.3 连续配筋混凝土的应用

公路拓宽改造工程由于一般工期要求均比较紧，局部高路堤段往往在地基、路基有效处理之后通车时，路基沉降依然还不到位，这时为防止路面纵向开裂，可在路面下增设配筋混凝土板。由于该结构层具有很强的刚度和强度，防路面开裂性能好，是其他路面结构无法比拟的，但是造价高。

3.4 路面纵向裂缝的后期养护维修

通车后路面出现纵向开裂应及时进行处治，防止因路表水渗入路面而造成结构层更严重的损坏，使路面功能得到及时恢复，并延长面层的使用寿命。应加强观察，裂缝出现后，及时用热沥青等灌缝材料封闭裂缝，防止雨雪水下渗。对缝宽大于4 mm且已稳定的纵向裂缝，沥青路面则铣去原沥青面层(宽度一般在50 cm～100 cm)，将基层顶面的裂缝进行灌缝处理洒粘层油后恢复面层;混凝土路面则可采用条带修补或更换混凝土板的方法，同沥青路面一样，需对基层的纵向裂缝处理后恢复混凝土面层。

针对缝宽大于4 mm，并且裂缝还在继续发展的情况，则在裂缝处开挖至基层(开挖宽度大于50 cm)，将基层裂缝用热沥青灌缝处理后在基层表面均匀涂刷粘合剂及改性沥青，加铺2层～3层土工布(土工布之间需涂刷如改性沥青等粘结材料)，土工布宽度在缝体两侧不小于15 cm，再重新铺筑面层。对基层有明显损坏的，或路基严重不稳定的，则可采用钢筋混凝土结构取代沿裂缝纵向开挖出的原有路面的基层、底基层，以增加路面基层的抗裂性能。

4 拓宽路基拼接处理的关键

4.1 新路基的稳定性

新老路结合部剪切开裂，其形成机理通常与新老路基结合面滑移有关。这类损坏主要涉及滑动稳定，需要在稳定性分析中考虑。路堤堤身的稳定性分析、路堤和地基的整体稳定性宜采用简化Bishop法进行分析计算。路堤沿老路路基斜坡或软弱层带滑动的稳定性可采用不平衡推力法进行分析计算。稳定性计算分析得到的稳定安全系数不得小于JTG D30-2004公路路基设计规范的规定。当路堤稳定安全系数小于相应稳定安全系数时，应采取加强新老路基结合部、地基处理或设置支挡结构物等措施。

4.2 控制新老路基差异沉降

公路路基的拓宽设计，应保证拓宽部分路基与原有路基之间的衔接，同时采取必要的工程措施减小拓宽路基与原有路基之间的差异沉降，防止产生纵、横向裂缝。道路拓宽前原有公路地基已基本固结稳定，而两侧地基基本为原状地基。在拓宽路基荷载作用下，地基将产生新的附加沉降，并对原有路基路面产生一定影响。路基扩建的主要技术难点在于控制差异沉降，协调新老路堤以满足整体受力的需要，而且既不能影响原有已稳定的既有路基，又要考虑沿线电力、通讯等管线的安全。

老路路基在拓宽之前，路基顶面变形呈现盆形，但随着拓宽部分路基、路面荷载的增加，不均匀沉降的盆形曲线逐渐变化为反坡曲线。老路基层顶面的应力由新建公路的受压状态逐渐发展为拓宽后的受拉状态，拓宽基层顶面则为受压状态。当老路基层顶面弯拉应力超出其弯拉强度，该变形附加应力可导致路面的开裂。在既有路面仍作为拓宽后整体路面结构主要承力层的情况下，拓宽过程中引起的老路地基施工沉降对既有路基、路面的结构性能和服务性能具有显著影响。因此，地基处理技术的选取应尽量减小老路地基的附加沉降。

4.3 加强拼接部以保证新老路基协同受力

新老路基的强度差异对拓宽工程性状具有极其重要的影响，在进行拓宽路基处理设计时，有必要遵循“协同作用”的原则。为处理好新老路基结合部，不影响既有已稳定路基，新路基除必要的地基处理外，还应对填料强度、填料密实、新老路基结合部做综合考虑，这些方面也是引起新老路基差异沉降，结合部破坏，不协调变形的主要因素。其中路基填料、填料压实的选择可结合既有路基的状况，参考规范对新建路基的规定。

老路基结合部的加强处治。在既有路基边坡上开挖台阶，台阶尺寸根据原有路基土的强度和压实度确定，原则上要保证结合部的路基强度。为进一步增强新老路基之间的连接，保证新老路基拼接部的整体强度，在沉降差异较明显、拉应力最大的路床、路面拼接部位铺设一定数量的土工格栅。新老路基结合部的加筋土工格栅应采用节点强度高、整体性能较好的双向拉伸土工格栅，该类型格栅的嵌锁作用可以有效地增大结合部的整体强度。

5 结语

公路的扩建与新建工程具有许多不同的特点，路基拓宽荷载的形式以及理论计算和分析模式目前在设计和施工方面还存在着不少问题有待于深入而系统的研究。同时老路拓宽改造工程路基与路面病害的防治方法必须考虑各种因素综合确定，宜遵循因地制宜、经济可行、工期合理、综合治理的原则。

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