高速公路加宽工程病害机理与处理方法分析

郭磊

摘 要：随着当前交通量的迅速增长，高速公路面临着扩建加宽的问题，尤其是对于软土地基段高速公路的加宽需要进行更为复杂的分析与处理。现有高速公路的加宽没有成熟的经验可循，并且从设计到施工存在很多约束条件；另外，已完成的加宽工程中存在着一些技术问题，工程效果不能得到保证。因而对软基高速公路加宽进行系统研究十分迫切。

关键词：高速公路；加宽工程；病害机理；处理方法

一、高速公路加宽工程主要病害

通过调查部分公路的加宽工程，老路加宽工程主要的破坏形式表现在不均匀沉降和失稳两个方面。具体表现为路面的算坏、路基的破坏以及公路整体功能的下降。

1、路基的破坏

以我们生活的经验，公路在经多年通车后，往往会发生路基裂缝、破坏等问题。而如果对老路进行拓宽工程，旧的公路路基与新建的路基之间很容易就会发生不均匀的沉降造成裂缝破坏，尤其在软土基更是一项艰巨的工程。加宽路基后，在新老路基结合处经常产生错台的现象，从而引发路面开裂的情况，尤其在基础较为薄弱的高填发路基加宽段更易出现。如果在起初路面开裂时不采取积极的措施进行处理，那么雨水的渗透会继续造成加宽结合部位强度的降低，加上道路通车后的动静载破坏，可能会引发更严重的道路坍塌。但是往往在施工初期已经对加宽工程有了认识和相应的保护措施，所以不均匀沉降还是最常见的路基破坏形式，整体坍塌的情况并不多见。

2、路面的破坏

路面破坏大致可以分为两类：沥青路面的破坏与水凝混凝土路面的破坏。沥青路面的破坏主要有纵向的开裂、破碎、道路横坡度改变等现象。混凝土路面的破坏主要有裂缝、错台、断裂，这与水凝混凝土路面时刚性路面有关系。图2-2 为水泥混凝土路面因不均匀沉降开裂的情况。具体到形成的原因由于在老路加宽工程中，差异沉降的存在是必须要面对的问题，加宽路基修成后，对老路基路面产生的局部影响就可造成路面的裂碎与柔性路面的严重不平衡。路基与路面的破坏是紧密相连的，局部的路面坍塌实质也是路基稳定性不够的表现形式，边坡台阶的开挖与填筑，正两次应力应变产生的变形叠加，形成新老路基的差异变形，反映到路表上，便有了路面结构的破坏。再有就是气温的变化，不同环境的变化造成的路面结构热胀冷缩在结合处破坏更加严重。

3、公路功能减弱

由于路面病害的产生以及道路结构性能，道路纵横坡的变化和服务性能的下降。当路面状况指数，包括路面的结构承载力、横坡、纵坡、平整度等指标变化达到一定数值时，将会使我们在公路上正常行驶和运输的过程中感觉到明显的不适、颠簸，甚至严重的情况会发生十分严重的安全隐患，造成巨大的经济损失。

二、高速公路加宽病害处理方法

由于不均匀的沉降引起的路面纵向裂缝是高速公路加宽改造中的最常见的问题，应遵循“预防为主，及时处治” 的防治措施原则[28]。预防主要是在设计阶段就要考虑到相关因素进行合理的设计，提高在施工过程中的工程质量以及工艺水平等方法来进行有效预防，尽量把差异沉降控制在合理的限度，减少出现裂缝的可能性。及时处治就是在裂缝发生时，及时采取有效的措施，在短时间内把问题控制住，以防病害的进一步扩大。

1、软基处理方法

对于新建路基的沉降变形所占比例较大的是地面沉降，尤其是软土地基段的情况。与新建工程一样，公路改扩建工程首先要做的还是清理工作，清理原地基的表面杂物和植物的腐殖，对于软基段的清淤要细致完全；软土表层可以根据实际情况，比如周围地下水位的高低、季节因素等，来换填优质路基填筑材料，通常可以使用石料含量在 80%以上的碎石土或者石灰改良土等。软土地段还应该注意地基固结沉降的速率问题，需要通过更加有效的方案来加快这一过程，从而减少工后的沉降。

软基加宽的主要处理方法有：

（1）排水固结法

是十分常用的改善方法，采用横向、竖向排水系统，来改变地基原有排水边界条件。如图2-3 所示，在路基自重作用下，软土地基经过填筑和预压从而使地基孔隙中的水能够借助排水系统，缩短排水距离，加快排水的固结速度，随着孔隙体积的减小和超静水压力的减弱使地基土的有效固结压力迅速增加，沉降加快完成。通过各项工程实践表明，在新建高速公路的建设中，排水固结法对于非砂性土地基的固结性能起到了很好的加速作用，效果比较明显，一般来说，路基经过预压后固结度可以达到85%～95%，与各种地基加固措施相比较该方法拥有高效节约的特点，是最常用和实用的处理方法。

（2）复合地基处理方法

复合地基指按一定面积比例在天然地基中加入加筋材料，从而达到增强效果的一类地基，作用在该地基上的垂直荷载不是单一受力而是由两者共同承担，如图2-4 所示。实践证明，由于加入的加筋材料的作用，使地基的承载力得到大幅提高的同时压缩性也有較显著的减少，因此能够有效的控制加宽路基的沉降。

（3）浅层置换预压处理法

由于高速公路改扩建有施工周期紧张、经济费用高低、施工场地有限等条件的要求，除了一般的处理方法，在设计与施工中还应采取特殊的措施来满足工程的要求。

快速加固方法通常是高速公路改扩建运用的方法，为的就是缩短工期，降低因为断交影响的经济效益和交通通行的不便；旧路基边坡上的路基填土，必须对旧路基采取一定坡度的削坡，要保证每一次施工的质量，也要满足路基稳定的要求；在使用CFG 桩等复合地基处理时，通过采用里密外疏的布桩方式，以减少工程量；通过动态观测沉降数据来调整工程的进度避免因此发生的变形；施工期间要注意边坡的积水，在开挖的过程中容易引起，所以要注意排水问题引发老路基的坍塌。

2、新老路地基结合处处理方法

出于对高速公路加宽工程完成后通行过程中安全性的考虑， 必须要保证新路基与旧路基之间成为一个严密的整体，把两者之间的沉降问题解决好，尽量避免横向裂缝、纵向裂缝的出现。在高速公路加宽工程新老路基结合处采用加筋材料，如土工格栅可以有效预防差异沉降的产生。

为了解决新老路基出现沉降差的问题。软土地地基新路基与老路基的结合位置需要采用科学的拼接措施，以及科学的处理方式来对结合位置的软土地基进行处理，具体来讲，新老路基结合位置软土地基的处理方式主要有以下4 种。

（1）边坡削坡的处理

旧路基边坡的削坡主要考虑到是施工质量的问题，可以分 2 次开挖，第一次要比第二次坡度稍大，并做好每次开挖后的养护工作。具体的做法就是每次开挖完就进行压实，没问题后进行下一步施工。

（2）台阶开挖

台阶开挖的尺寸要符合规定，具体是保证施工按质量进行，可以在合理的范围内多开挖台阶为新旧路基的衔接提供更多接触面，从而有效的保证结合处的稳定；在部分填方较高的路段可使用逐步开挖的施工方式。

（3）土工格栅的铺设

土工格栅铺设要保证它的连续性，通常采取横向铺设的方式。材料也不能一直放在露天环境暴晒或者雨淋，尽量放在阴凉的地方防止材料的老化。在处理段与为处理段做好衔接，提供足够的长度。在路槽纵向铺设跨施工缝的土工格栅，加强新旧路基的横向联系，减少裂缝反射。

（4）防水措施

防水措施主要是防止雨水对边坡的直接冲刷，截断路面水；可以采取在开挖边坡上铺一层塑料布或防水胶纸的办法，来防止雨水渗入；下雨后，要提高警惕，迅速的清理积水。

结束语：对于高速公路的加宽工程，从设计到施工，约束条件多，施工难度大、工艺十分复杂、质量要求高，但是相应的规范涉及的并不多，与新建工程不同，新老路基结合处的沉降等问题很难解决，对于含水量较高的软基处理更是需要很多的材料填筑和先期的试验检测，要吸取在已完成的改扩建工程中存在着的一些技术问题的教训，本章结合高速公路加宽工程存在的病害现象，分析力内在的破坏机理，并针对这些病害提出了一些常见的技术对策，并指出了仍然存在的一些需要注意的问题。（作者单位：中铁十八局集团第一工程有限公司）

参考文献：

[1] 孙英哲，杨伟成.高速公路软基加宽扩建问题研究[J].甘肃科技，2011.

[2] 张婷. 高速公路改扩建工程路面拼宽技术研究[D].长安大学，2012.