高速公路拼接拓宽工程沉降控制标准研究

王晓华 张占领 王新岐

（天津市市政工程设计研究院 天津 300051）

随着我国经济的快速增长，主要经济干线走廊带内的高速公路设计通过能力已不能满足日益增长的交通需求，为扩大其交通流量，需对老路进行改扩建，在老路主线两侧拼接拓宽，如沪宁高速公路、杭甬高速公路及津滨高速公路等。新、老路堤的拼接施工由于建设时间的不同，存在较长时间差，特别是处于深厚软土段落，拼接施工必然会引起新、老路基的不均匀沉降和纵、横坡的改变，导致路面排水不畅，造车路面破损和开裂等病害的产生。

由于不均匀沉降会使路面结构层内部产生附加应力，一旦这种附加应力与车轮荷载产生的荷载应力之和大于路面结构层材料的强度，路面结构将会破坏。新、老路基间差异沉降值与路面、路基拉应力的允许值存在密切联系，在公路路面使用年限内，应要求其最大的不均匀沉降值不超过某个限值，以保证路面不出现裂缝等病害。根据此变形特点，新、老路基的拼接沉降控制标准可选择差异沉降量的允许值作为容许沉降标准，对于沥青路面，沉降差小于5 c m时，它不会导致路面结构破坏［1］。

1 改扩建路基的变形机理及主要影响因素

软基上高速公路经历路基施工、预压、路面施工和运行各个时段的荷载作用后，路基横断面的沉降量呈正盆形分布，在两侧进行拼接拓宽后，新拼接路基的自重将以偏心荷载的形式作用于老路基两侧，在两侧拓宽断面形心垂线处的沉降量最大，并以向两侧逐渐减小的反盆形分布（见图1），使老路的横断面转变为受拉状态。由于老路基已经运营了一段时间，沉降已经或基本稳定，地基的固结基本完成，新拼接路基施工时，由于拼接荷载的影响，又会引起老路基产生新的沉降，若处理不当将会引起新、老路基间过大的不均匀沉降，造成新、老路基结合处一定范围内产生超过路基或路面的允许拉应力，由于路基填筑料均选用土、石及沥青混合料等材料，其抗拉能力较低，过大的不均匀沉降容易引起路面纵向裂缝的发生。

图1 路基附加沉降分布示意图

当地质条件相同时，对差异沉降影响的主要因素有老路路基的宽度、高度及新拼宽路基的宽度及高度等。对于当前的老路改扩建，老路的路基一般为双向4车道，故影响新、老路基差异沉降的主要因素是加宽路基的宽度及高度。

1.1 拼接宽度对沉降的影响

对于当前绝大部分4车道高速公路，随着拼接拓宽宽度的增加，路堤中心沉降增量及拓宽形心处的最大沉降增量的变化曲线见图2。

图2 沉降随不同拼接宽度的变化曲线

由图2可见，随着拼接宽度的增加，原路堤中心的沉降增量的变化率逐渐减小，当达到一定宽度后，随着的拼接宽度的增加，原路中心沉降增量几乎保持不变；拓宽形心的沉降增量，则随着拼接宽度的增加逐渐增大，当拼接宽度达到30 m左右后，拓宽后形心处的沉降增量与原4车道中心沉降增量趋于接近。

1.2 拼接高度对沉降的影响

在软土厚度及拼宽宽度相同的条件下，表1所示各特征点的沉降随路基高度的增加而增加，且新加宽路基沉降量最大点随路基高度的增加而逐渐靠近老路路肩。图3为某高速公路加宽宽度为8.75 m，新路基的拼接宽度分别为3，5及7 m时各特征点的沉降变化图。

表1 新、老路基各特征点的沉降量

图3 新、老路基拼接的沉降各特征点

2 沉降控制标准研究

目前对于在软土地基上拼接路基的沉降控制标准主要采用差异沉降控制标准［2］：原有路基与拓宽路基的路拱横坡度的工后增大值不大于0.5%。单纯采用此标准，并未完全考虑新拼宽宽度对差异沉降的影响，如果其拼接宽度较大，如有的改扩建项目在主线收费站处其加宽宽度达到80 m以上，而路基的填高高度较小，如果采用上述控制标准，则可能造成对新加宽路基的过度处理，造成软基处理费用的急剧增加。如原路基宽度为26 m，两侧各拓宽80 m，则其要求的新路基工后沉降量小于5 c m方可满足差异沉降的控制要求。从变形机理分析，由于路基的填高较小，路基的加宽宽度较大时，新路基的自身沉降量较大，而老路基中心的附加沉降量较小，新路基的沉降并不会对老路基造成明显的影响。故结合路基的变形特点，建议分别采用新、老路基的横坡改变量来控制标准及工后沉降量。即对于改扩建项目，对老路基采用其横坡的改变量不大于0.5%；对新路基采用控制横坡改变量及工后沉降量的方法，即控制其横坡改变量不大于0.5%；在满足横坡改变量的基础上，还应控制其工后沉降量满足规范的要求。

3 工程效果

锡澄高速公路无锡枢纽沉降观测结果表明［3］，当沪宁与锡澄实施拼接后（地基为不处理），实测到老路肩与原路中心间沉降差达到3～4 c m后，超车道右侧路面出现局部纵向裂缝，裂缝长80 m，最大缝宽为3～5 mm，在裂缝出现的位置，横坡最大值约为0.57%。根据此控制标准，锡澄高速公路无锡枢纽与沪宁高速公路拼接的匝道采用了纵横向坡度的允许累计改变量应小于0.5%的控制标准。在某高速公路的主线收费站改造过程中，在原路基两侧各加宽约80 m，而项目所在地的软土特别发育，计算的累计沉降量在60 c m以上。因此对该段的拼接，采取了控制老路路肩与新路基形心处的横坡改变量小于0.5%及工后沉降量满足规范要求的沉降控制标准，有效节约了地基处理的费用，目前运营情况良好，并未出现纵向裂缝等病害现象发生。

4 结语

根据新老路基变形的特点，软基上的高速公路拼接工程其老路基横向坡度改变量应小于0.5%，新路基最大横坡改变量也应小于0.5%，并且工后沉降量还应满足规范的要求。理论和实践都表明，采用该控制标准，能有效防止纵向裂缝的发生，并能有效节约加宽宽度较大段落的软基处理费用。

［1］ 周虎鑫.高等级公路工后不均匀沉降指标研究［J］.东南大学学报，1996，26（1）：54-56

［2］ JTGD30－2004公路路基设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 徐泽中.锡澄与沪宁高速公路拼接段地基处理设计［J］.水利水电科技进展，1998，18（2）：49-51.