高速公路路面加宽施工技术与设计研究

沈 毅，贺鸿飞，匡渝阳

((1.杭州交通高等级公路养护有限公司，浙江 杭州 310007;2.磐安成业建设工程有限公司，浙江 金华 324000;3.常山安欣建设有限公司，浙江 衢州 324000))

1 引 言

近些年我国基础建设取得令人举目的成效，高速公路因带动了货运与客运的快速发展对国民经济的发展起着重要的作用到。但是虽然我国高速公路基础建设具备较大的规模，但并不能满足当今经济的快速发展，高速公路堵车现象日益频繁，安全交通事故频现。因此有必要对现有的高速公路进行改造，其中对公路加宽无论是在设计还是在施工中都是改造技术中的关键。高速公路建成通车之后，见过长时间的运行，路基完成沉降；而对其加宽的同时新的路基存在沉降，因此经过长时间的积累，新旧路面的接缝处容易发生开裂现象，对高速公路造成严重不利影响。因此有必要对对加宽技术进行探讨研究。我国地域广阔，为应对物流、经济的快速发展，高速公路发展迅速，截止目前里程已达13.1万km。由于经济发展的区域性，大部分高速公路分布在东南沿海地区，加上交通量的增长和该区域地貌特殊，由于经济发展的区域性，大部分高速公路分布在东南沿海地区，为软土地基层，不能满足交通量重型化、大型化及快速增长的趋势要求，则对目前高速公路进行扩建改造，改善运输结构和运输效率。

2 工程实例

某高速公路按照一级公路标准建设，目前是四车道，路基宽度是23 m，包含1 m宽度的中央隔离带，路缘带宽度两边各0.5 m，车道宽度为3.75 m。由于路面使用时间久远，同时为了应对软土地基施工后沉降较大的特点，路采用混凝土和沥青路面混合的形式。基外边坡在雨水的侵蚀及冲刷作用下发生滑坡，造成该高速公路路基水毁及混凝土路面面板脱空等病害，路面的场地勘测数据。公路内侧边坡，为岩土质边坡，垮塌长度约120 m，垮塌坡面高度约25.8 m。边坡垮塌导致家庭村的村道外侧路肩垮塌，形成长约20的缺口，为确保切方边坡的稳定，避免垮坡地质灾害进一步扩展，对发生垮塌地质灾害的内侧边坡的工程处治以坡面支护处理为主，采用路堑挡土墙进行支挡，然后采用台阶式C25混凝土护坡，坡比较陡地方采用护面墙。如表1所示，水泥混凝土路面结构设计。

表1 水泥混凝土路面结构设计

表2 勘测参数

2.1 模型假设

A.不考虑路基纵向长度问题，同时三维模型可以简单转换成二维模型进行平面处理；

B.新旧路基存在连续性；

C.新旧路基的标高是一致的，路面各层结构中采用各相同性的弹性材料；

D.新道路加宽之后与旧道路之间是连续的，这样保证力学性能完整性，路面设计计算。

(1)

(2)

rr(σpra+σtra)≤fr

(3)

注释：σpra,σpsa代表沥青加铺层下结构在临界状态下的荷载疲劳应力与标准荷载应力，单位是MPa。σpa表示无沥青加铺结构在临界状态下标准轴载应力。ha是沥青铺设的厚度，ξ是荷载应力折算系数。σtra表示沥青铺设层结构在临界位置的温度疲劳应力，σtr,σtm是无沥青加铺层状态下结构临界状态对应的温度疲劳应力与最大温度应力，ξ是温度应力折算系数。以公式3的含义是旧混凝土的结构荷载疲劳应力与温度应力之和应小于设计预定可靠性水平极限状态表达式。

2.2 模型分析

如图1所示，加宽路面前后的结构，旧路面对应的结构厚度为80 cm，加宽后路面结构的厚度为89 cm。地基采用粉喷桩形式，桩型为圆柱形，长度为10 m，间距为3 m，桩径为60 cm。

图1 加宽前后路面结构示意图

2.3 路面加宽后的性能分析

根据上述的加宽方案，平整度工程检测，通过结合《公路路基施工技术方案》(JTGF10-2006)，用5 m的直尺采用抽样法对路基的平整度和压实度进行检测。其结果如下：

通过表3所示，检测结果发现，本方案的施工完成后其平整度达到8.5，满足规范的要求，经过该方案设计施工，加宽路面平整度良好。同时在加宽路面完成之后。其压实度也能满足设计要求，加宽路基密实性优良。路面结构附加应力分析。根据公式(1)、(2)、(3)得知，只有结构的附加应力小于设计结构极限容许应力时，路面结构才处于稳定的状态。对结构的力学性能进行分析得知：改性沥青玛脂碎石、中粒式改性沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土、密集配沥青稳定碎石、水泥粉煤灰碎石、低剂量水泥稳定碎石的容许应力值σ分别为：0.47，0.30，0.23，0.23，0.18，0.12。由于新旧路面层的材料不同，引起容许盈利不同，存在设计强度发挥率与应力控制层两个概念。由于道路结构层在力学性能上的迁都利用率，数值等于结构附加应力与容许应力的比值。应力控制层是设计强度发挥率最高值对应的结构。因此根据上论述结合设计得出图2左，发现：绝大部分的结构层面对应的强度发挥率都是大于1的，表明结构层附加应力大于超出容许应力。只有在距离道路中心线5 m的距离位置，结构层强度发挥率小于1。ATB对应的强度发挥率最大，对应的材料为低剂量水泥稳定层，也就是应力控制层。处理后的结构附加层应力分析。道路施工结束运营一段时间后，对路面进行检测。

表3 加宽路面检测结果

图2 加宽路面前后强度应力分析

如图2所示，从中发现新加宽的道路沉降的原因基本是由于拉应力的存在且附件应力的数值在明显减弱，其中在中线的位置拉应力最小。同时处理后的路面结构层迁都发挥率的数值均小于1，对应的含义是结构附加应力值小于结构容许应力值。同样路面底基层对应的强度发挥率仍然路面底基层，对应的路面结构材料是低剂量水泥稳定碎石。

3 结 论

高速公路加宽是公路改造中重要的施工类型，其中新旧路面拼接应力分析及其不均匀沉降引起裂缝出现是其施工过程的重点难点。本文根据其地勘资料对某段高速公路进行加宽设计，研究结果显示路面底基层具有良好强度发挥率，对应的结构层是低剂量水泥稳定碎石，所设计的加宽方案及其材料的物理性能能够满足强度要求，降低了新旧道路不均匀沉降的风险。