高速公路改扩建工程新旧路基衔接技术研究及应用

马玉礼

(济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司济南分公司，山东 济南 250101)

0 前 言

现阶段，高速公路改扩建工程依然处于发展初期阶段，不同于新建公路的是，改扩建工程对技术水平提出更高要求，其工艺难度相对较大，以新旧路基衔接技术最为明显[1]。基于此，有必要探寻合适的技术方案，以给新旧路基衔接施工作业提供指导，确保道路的整体质量。

1 项目概况

济青高速是山东省高速公路网络中的重要组成部分，完善了“两纵两横”的线路布局。该公路走线集中在山东省中部，并衔接周边的河南与河北，是青银高速的起点，有效对接半岛蓝色经济区，在经济发展、日常出行等方面都发挥出重要作用。

本项目是国高网青银高速公路的组成部分，整体呈东西走向，是山东省最繁忙的交通通道之一。本项目自通车以来，随着区域经济社会的快速发展和高速公路网的进一步完善，交通量增长迅速。2013年青岛至濰坊段平均汽车交通量为34 519Pcu/d，2002年以来交通量年平均增长10%，但路网服务水平停滞不前，难以适应大流量通行环境所提出的要求，交通拥堵问题较为普遍。现阶段路网功能偏弱，与区域内的交通运输任务不符，难以为经济的发展提供充足支持。鉴于此问题，针对既有道路实行改扩建具有现实意义。

2 高速公路改扩建不均匀沉降的成因

2.1 路基拓宽不当对不均匀沉降的影响

根据现场试验分析结果，新路基施工作业中伴随拓宽长度的增加，对应的新旧路基沉降值也表现出增长的趋势，二者具有正相关关系，但其特殊之处在于相关曲线的斜率值具有降低的特点[2]。单侧加宽作业时将会对原路基中线区域造成影响，该处的沉降明显加大，但中线周边的变化特点存在差异，沉降值相对偏小，表现出先增后减的特点。此时，若加宽路基施工中的路堤高度维持在某一水平不发生变化，当拓宽宽度较小时，沉降集中在路肩的外围，而伴随加宽作业的持续推进，沉降最大值的区域随之变化，逐步向路基中心迁移。除此之外，新路基表面较为特殊，该处易产生反向横坡。因此，若原路基拓宽的宽度较小，考虑到车辆荷载的作用，为尽可能避免路基结构受损现象，较为适宜的是单侧拓宽的方式；当拓宽值相对较大时，其局限之处在于新旧路基衔接不良，受拓宽宽度的影响，将存在明显的差异沉降，可行性欠佳。具体至本项目中，路基拓宽采取的是中心对称的方式，加宽量分别为7.5、15 m时，路基双侧沉降差值为4.38、8.16 cm。

2.2 加宽路基边坡高度对沉降差异的影响

在施工项目现场采取试验的方式，根据距离旧路基中心的距离值，分析其顶面不同位置的沉降情况，具体沉降值统计结果如表1所示。

表1沉降值统计结果

分析表1可知，对应的路基填筑高度越低，新旧路基结构在顶部位置的沉降曲线的变化幅度越显著，且新旧路基结构的填土高度与新路基结构对旧路基结构的影响之间呈现明显的正相关关系，由于既有路基结构的沉降值降低，最终的路堤结构顶部的沉降段的变化趋势逐步趋向于缓和。经现场试验研究可知，路基填筑高度与既有路基对新路基的沉降影响程度之间呈正相关关系，所以，相应的拓宽路基结构在脱离原有路基结构边坡后，拓宽部分的沉降差异值较低，由于新旧路基结构沉降的不同步性，导致路基结构内部局部出现应力集中问题，最终引起“波浪形”沉降病害。

3 新旧路基衔接技术方案

经研究分析，高速公路改扩建工程不均匀沉降主要出现在新旧路基衔接部位，并与路基拼接宽度、填土高度、路基压实及拼接施工质量等有着密切关系[3]。为减少不均匀沉降，获得更好的工程效果，有必要采用更加合理、更加适合该项目的路基衔接技术方案。

3.1 地基处治

低填路基段要得到全面清理，即清表0.3 m，经检验后要求该处压实度≥90%，换填材料优先选择砂砾土，其具备水稳性强的特点，所用材料的最大粒径<0.3 m，经施工后要求压实度≥96%；做好基底欠压实填方路段清表作业，填筑材料优先选择碎石，要求该处压实度≥96%。做好拓宽路基填筑的准备工作，安排振动压路机处理该施工区域，以达到有效压实的效果。换填料至地表后再转为填筑素土的方式，形成0.2 m厚的结构层，此时横向压实路基，根据实际情况灵活调整碾压遍数，通常以20遍为宜。持续冲击压实作业，当宽度达到护坡道外侧时，调整好冲击压路机的位置，检测轮边与构造物间距，其必须要超过1 m，否则不利于安全作业。施工中冲击压路机遵循慢速行进的原则，宜稳定在12～15 km/h。正式冲击压实前，应在现场选取具有代表性的路面经过试压后全面掌握施工情况，灵活调整工艺，确保旧路不出现受损等问题[4]。

3.2 开挖台阶

衔接区域易发生质量问题，应确保其施工效果，该处的台阶开挖作业尤为关键。在此之前应处治地基，目的在于将该处的松土清理干净，随后沿旧路面有序开挖，形成台阶后填实路基，尽可能提高新旧路基的结合效果，使其形成整体。

台阶施工环节要加强对现场环境的检测，若旧路基含水量偏高，经过刷坡处理后需及时晾晒。现场的安全防护工作要落实到位，在指定区域设置安全标志[5]。

台阶的开挖作业要遵循特定的流程，可从原路坡脚处开始，在该处向内开挖1～2 m。严格控制好台阶规格，宽1～2 m、高0.8～1 m，具体为逐级开挖的方式，并结合现场施工情况计算得到准确的台阶尺寸。经过一级台阶的开挖后即可对其进行填筑，无误后继续开挖下一层。按照上述方法循环施工，到达路床底面后根据路基填高要求灵活调整，确保最后一级台阶尺寸的合理性。通常考虑台阶与路床底面间距，以此为依据采取合适的处理措施：若该值≤0.8 m，此条件下可作一个台阶开挖；若该值≥1.3 m，此时采取的是分两个台阶开挖的方式，高度为1 m和0.3 m。台阶填筑工作量较大，且为了确保质量选择分层填筑的方式，每结束一层填筑后随即碾压，此处选择振动压实法，经处理后各层厚度以0.2 m为宜。新旧路基要形成完整的结构，为达到此目标，结束填筑后应加强对路基顶面的处理，即在原基础上额外压实几遍；新路基填料的选择也至关重要，应尽可能与旧路基保持一致[6]。

3.3 铺设土工格栅

针对新旧路基产生的沉降差，可通过设置钢塑复合型土工格栅的方式处理，将其铺设在路基顶面以下20 m处，宽度设为6 m，纵横断裂伸长率3%。在实际安装时应遵循的设置原则如下。

1)填方高度未超过1.2 m的路段可将此部分视为低填路段，此处清坡深度要达到30～50 cm，经施工后形成一级台阶，各处宽度保持一致且均为200 cm，考虑到路基沉降不均的问题，结束清表作业后检测标高，若该值未满足路床底标高要求需再次进行开挖作业，无误后回填水泥土，最后设置土工格栅。

2)边坡高度介于1.2～4 m的路段，此处清坡深度为30 cm，首节台阶的规格相对较大，为220 cm宽、133.3 cm高，结束最下一级台阶的填筑作业后在该处铺设土工格栅。

3)边坡高度超4 m的路段，要求清坡处理的深度达到30 cm，控制好首级台阶尺寸，为200 cm宽、133.3 cm高，较特殊的是上路床以及下路床，二者的底部均要设置土工格栅。

3.4 冲击碾压

新旧路基结合区域需形成一个整体，以防止出现横向错台与纵向裂缝的情况，对此应严格控制碾压作业的质量。基底处持续碾压20遍，设备的行进速度保持在12～15 km/h之间，基于可行的措施保护沿线管道，诸如开挖隔震沟、控制压路机行进速度等[7]。应提升验收标准，参考规范所提出的压实度要求，在此基础上增加1%；若路段的填土高度在4 m内首先展开填筑施工作业，当达到路床底标高后再安排冲击式压路机进场，为之实行20遍补压处理；部分路段填土高度超过4 m，要求每填筑2 m便要执行补压处理(持续20遍)，所用设备为25 kJ冲击式压路机，经施工并到达路床底标高后再利用相同的设备补压20遍，此环节施工的工艺参数应得到有效控制，最大冲击力至少达到25 t，设备提供的动力至少为400马力(1马力≈735 W)，整个补压阶段的行进速度不低于12 km/h，采取的是大面积碾压方法，即长100 m、宽6 m，主要目的在于为压路机冲击作业创造良好条件，以提升行驶速度[8]。

全面检验激振效果，实行如下验收标准：以设计规范中提出的压实度为参考，在此基础上提升1%，将该值作为最终的评定标准，经20遍碾压处理后产生的沉降需控制在5 cm内。若涵洞顶部填土高度未达到2.5 m，此时竖向填土厚度要得到有效的控制，要求该值在1.5 m内。除此之外，要控制好冲击碾压的水平距离。

4 结束语

社会经济不断发展之下，高速公路的通行能力应随之提升，实行改扩建工程成必然趋势，应当针对不同地区、不同项目采取先进、合理的新旧路基衔接技术，使新旧路基形成整体结构，从根本上控制不均匀沉降现象，提升高速公路的服务水平，为车辆通行提供安全、舒适的环境。

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