高速公路改扩建道路旧路基处治深度研究

鲁敏

摘要 道路改扩建工程施工阶段，合理确定旧路基处治深度是保证新旧路基拼接施工质量的前提。文章结合某高速公路改扩建工程实践，在旧路基改造前，通过落锤弯沉仪（PFWD）测量回弹模量、弯沉，明确二者之间的相关性，明确高速公路改扩建工程新旧路基处治深度控制标准。结果表明，PFWD检测弯沉的效率和精度明显优于传统的贝克曼梁检测方法，制定的控制标准是确定路基处治深度的有效依据。

关键词 公路工程路基;改扩建项目;处治深度

中图分类号 U416.1 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）01-0113-03

0 引言

已服役高速公路随着时间的推移，部分路基老化，急需升级改造，以提高道路路用性能[1]。工程实践案例地区高温多雨，道路原有路基及周边区域的含水量逐渐增加，最高可达65%，导致旧路基的结构刚度大大降低，严重影响新旧路基拼接的施工质量[2]。因此需要通过换填石灰和水泥的方式，改善路基结构刚度。目前关于回填和土体改造的研究主要集中在新路基上，关于旧路基改造处治深度处理的研究不多。若处治深度偏小，则路基处治效果难以保证，若路基处治深度偏大，则容易造成资源浪費。因此，合理确定旧路基处治深度，是保证新旧路基拼接施工质量的关键。

1 工程概况

某高速公路改扩建工程方案规划将现有的双车道扩展为四车道，现有路基土体主要分为黏土砂、低液限黏土，新设计的路基高度135 cm，进行全层路基改造，主要通过水泥换填，水泥用量为5%。原道路路基回弹模量、压实度等性能参数明显变差，试验测试表明，路基回弹模量30～45 MPa，明显低于60 MPa的设计要求，路基表层15 cm处的压实度为标准压实度的70%～90%，明显低于96%的设计标准。

2 方案设计

2.1 弯沉和回弹模量检测

首先用传统的贝克曼梁法检测路基弯沉，梁长5.5 m，检测得到的弯沉值为静态弯沉值，使用轴重150 kN，胎压0.8 MPa的试验车辆，需要多名检测人员配合完成，且耗时较长。新修订的高速公路施工技术规范建议尽可能使用自动测试设备进行路基弯沉检测。但是，由于不同路基结构的土体成分存在较大差异，因此规范中并没有提供明确的换算公式[3]。

采用PFWD测试弹性模量，利用规定重量的冲击锤从规定高度释放，自由落体到承载板上，检测冲击锤给路基带来的冲击压力，通常为0.7 MPa，其作用是模拟车辆载荷对路基路面的作用，测量载荷作用下路基路面的变形，并使用嵌入式处理系统将其转换为回弹模量。该方法省时省力，测量准确[4]。

2.2 试验设计

根据项目特点，取粘土砂和低液限粘土砂两种路基试验段，长度均为100 m，清理原有路面结构，暴露旧路基路床，两个试验路段的车道布设40个测点，分别用贝克曼梁检测法和PFWD检测法，检测各层改造路基的弹性模量、弯沉值，明确二者相关性，比较分析各层换填处治对路基弯沉的处治效果。

（1）根据相关施工技术规范，高速公路改扩建工程路基路床厚度为120 cm。为方便进行试验检测，每层碾压厚度为24 cm，分为5层。用贝克曼梁检测法和PFWD检测法，分别检测各层原有路基弯沉值以及弹性模量，明确二者的相关性，比较分析各层填筑处治措施对路基弯沉的抑制效果。

（2）用5%水泥换填土基，碾压后养护7 d，待强度基本达到要求后，为确保试验数据的可靠性，需要在同层厚中心线布设多个测点，每一层布设2～3个测点，取多个测点数值的平均值，作为路基的最终弯沉值和弹性模量。

（3）用PFWD检测旧路基顶面土体弹性模量，反算出路基弯沉值，并将其与施工设计要求的弯沉值进行对比，明确各层路基处治后的弯沉减小效果，从而确定最佳的路基处治深度。

3 土基回弹模量与弯沉分析

3.1 未改造旧路基回弹模量与弯沉分析

在两种路基试验段布设测量点，铣刨路基结构直至暴露路基顶面，分别在两种路基试验路段的车道布设40个测点，分别用贝克曼梁检测法和PFWD检测法，检测未改造路基顶面的弹性模量、弯沉值，明确二者相关性，比较分析各层换填处治对路基弯沉的处治效果。图1为试验测试结果、路基弯沉值、回弹模量之间的关系。

根据图1可以看出：1）粘土砂和低液限粘土砂路基的顶面弯沉与弹性模量的相关系数不低于0.93，相关性较好。PFWD检测法具有操作方便、测量准确等优点，可替代贝克曼梁检测和评估路基弯沉;2）相较于低液限含砂粘土，粘土砂的弯沉更小，弹性模量更大，二者拟合方程存在一定差异，说明不同类型路基弯沉与弹性模量之间的相关性不同，应结合实际情况进行具体分析。

3.2 改造后旧路基回弹模量与弯沉分析

在两种路基试验段布设测量点，铣刨路面直至暴露路基顶面，采用5%水泥换填方式分5层改造旧路基，压实后养护7 d，然后分别用贝克曼梁检测法和PFWD检测法，检测原有路基顶面的弹性模量、弯沉值，明确二者相关性，图2为试验测试结果、路基弯沉值、弹性模量之间的关系。

根据图2可以看出。1）对于粘土砂和低液限粘土砂，经过水泥换填改造的两种路基弯沉与弹性模量的相关系数均不低于0.93，表明PFWD检测法在改造后的路基检测中效果也很好，可以替代贝克曼梁法检测和评价路基弯沉。2）与液限低的粘土砂相比，经过改造后的粘土砂弯沉更小，弹性模量更大，主要是因为改造前后的路基粘土质砂的抗变形能力，都比低液限黏土更好。

4 旧路基处治深度确定

4.1 黏土质砂路基

在粘土砂路基试验段上分5层进行水泥换填改造后，通过PFWD测试路基弹性模量，根据图2反算路基顶面弯沉，得到路基土层数与路基顶面弯沉之间的关系。基于总结得出的弯沉变化规律，建议按照表1中列出的指标控制粘土砂路基处治深度。

4.2 含砂低液限黏土路基

在低液限粘土砂路基试验段分5层进行水泥换填改造后，通过PFWD测试路基弹性模量，根据图2反算路基顶面弯沉，得到路基土层数与路基顶面弯沉之间的关系。基于总结得出的弯沉变化规律，建议按照表2中列出的指标控制低液限粘土砂路基处治深度。

4.3 处治效果验证

在该高速公路沿线选取部分试验路段，用PFWD检测路基土体弹性模量，反算出路基弯沉。以1 km路段作为施工单元，在车道上布设40个测点，呈S形排列，通过测点测量評价路基弯沉。按表1、表2中列出的控制指标对原有路基进行不同深度地处治，经过水泥换填改造后，再根据图2反算出路基弯沉，验证处治效果。

根据上述处理建议，原有路基采取不同的处治深度处治后的路基顶面弯沉均符合设计要求。同时，改造后的路基弯沉减小幅度合理，说明处治方案符合施工经济性要求，具有广泛的适用性[5]。

5 结论

结合某高速公路改扩建工程，选取粘土砂和低液限粘土砂两种旧路基作为试验段，以PFWD法测得的回弹模量作为控制路基处治深度的主要指标，对试验路段原有路基、改造后路基的弹性模量和弯沉进行分析，明确二者关联，给出确定路基处治深度的指标。

（1）根据项目特点，取粘土砂和低液限粘土砂两种路基试验段，长度均为100 m，清理原有路面结构，暴露旧路基路床，两个试验路段的车道布设40个测点。通过PFWD法检测得到的回弹模量、弯沉相关性良好，PFWD法具有操作方便、测量准确等优点。因此，PFWD检测法可以代替贝克曼梁法检测和评价路基弯沉。

（2）两种路基在改造前后分别用贝克曼梁法、PFWD法测得的回弹模量、弯沉均具有很好的相关性，但PFWD检测效率更高。

（3）处理深度为0（不处治）、24 cm（处治1层）、48 cm（处治2层）、72 cm（处治3层）、96 cm（处治4层）、120 cm（处治5层）的试验结果表明，上述处治深度控制标准，能够有效指导高速公路旧路基处治施工。

参考文献

[1]肖隽.改扩建公路路基路面设计优化探讨[J].科学技术创新，2021（27）：124-125.

[2]赵精富.公路扩建工程路面拼接技术[J].中国科技信息，2021（19）：54-55.

[3]王佼.高速公路改扩建新旧路基衔接处施工质量控制[J].交通世界，2021（24）：112-113.

[4]韩若楠.高速公路改扩建分部填筑路基差异沉降特性及处治技术研究[D].济南：山东大学，2021.

[5]李海滨.改扩建公路路基路面设计优化措施[J].交通世界，2021（23）：76-77.