高速公路填方路基拓宽方案浅析

夏洪吉

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610017）

0 引言

随着我国经济的快速发展，人们的物质生活水平越来越高，汽车保有量越来越大，部分早期建设的高速公路服务水平快速下降，已无法满足日益增长的交通量的需求。为了满足交通量增长的需要，除了实施新建方案外，改扩建方案也是重要的方式。改扩建具有能充分利用原有路基、缩短建设周期、占用土地资源少的优势，同时，改扩建工程也有其特殊性和复杂性。在设计方案时，只有在考虑改扩建工程特殊性和复杂性的基础上充分发挥其优势，才能取得更高的社会效益和经济效益。

1 工程概况

某高速公路工程项目区内地形多以丘陵斜坡峡谷地貌为主，地面坡度一般为10°~45°，局部地段切割较深，地表覆盖层较薄，以第四系全新统残破积为主。出露地层主要为遂宁组的泥岩和砂岩，线路两则路基挖方边坡形多为切向坡。岩层产状对边坡整体稳定有利，区内未见不良地质现象，综合判断该段工程地质条件较好。本项目全线无隧道，路线受地形影响较小。

原路为双向四车道高速公路标准，设计速度为80 km/h，路基宽度24.5 m，其中中央分隔带宽度2 m，路缘带宽度2×0.5 m，行车道宽度4×3.75 m，硬路肩宽度2×2.5 m，土路肩宽度2×0.75 m。扩容工程采用双向八车道高速公路标准，设计速度采用100 km/h，路基宽度41 m，采用在原路两侧拓宽扩容。

由于道路已使用多年，路基沉降已基本完成，压实度紧密，路基整体性稳定性较好；路肩无车辙，坑洼、隆起沉陷等现象，边坡顺适，表面平整坚实、整洁；路基边坡基本已经为植被覆盖，基本保持稳定、坚固，平顺无冲沟、松散等现象；边沟急流槽等排水设施基本良好，基本保持畅通。

该改扩建高速公路项目具有村落密集，土地资源紧张，软弱地基分布广泛，区域城镇化程度高，受制约条件多，且弃土困难，项目紧临城区，保通任务重，施工组织要求高等特点。

2 备选拓宽方案

路基拓宽改建设计主要包括既有路基的利用方案和拓宽改建方案。既有路基利用有3 种方案：①直接利用既有路基，适用于既有路基强度满足改建的要求而且没病害的路段；②既有路基经处理后利用，适用于路基强度不足、没有病害或者病害轻微，经处治后路基能满足改建要求的路段；③对既有路基挖除重建，适用于病害严重、补强处理方案不可行的路段。根据拟讨论扩容项目既有路基状况，本文主要在直接利用既有路基的基础上讨论路基拓宽改建方案。

根据拓宽路基与既有路基相对空间位置的不同，拓宽拼接方案可分为拼接式、分离式和混合式3 种类型[1]，各类拓宽方案各有优缺点，有不同的适用条件。目前国内高速公路拓宽的形式以双侧拓宽方式为主，本文结合拟讨论扩容项目的地形、地质、周边地物等特点，着重讨论填方路基双侧拼接拓宽方案。路基双侧拼接拓宽方案的优点是平纵线形调整幅度小，交通组织无须改变；缺点是新旧路基、构造物间存在不均匀沉降，拼接设计施工比较困难。常规填土拓宽路基新旧路基间的差异变形沉降是路基拓宽工程面临的最为突出的难题。新旧路基差异变形主要包括拓宽荷载产生的地基二次沉降、拓宽路基的压实变形和新旧路基结合不良导致的蠕滑或滑移[2]。因此，需要在采取措施减小新旧路基差异沉降的同时，加强新技术等非常规加宽方案的研究。

拓宽方案应充分考虑利用既有公路资源，体现改扩建方式的优势，同时着重研究因受地形、地物、不良地质、建设与运营协调等因素影响路段的特殊性和复杂性，综合比较传统技术与新技术，择优选取路基拓宽方案。

根据项目特点和老路状况，初拟常规填土路基、泡沫轻质土、桩板式结构路基、土工格栅加筋挡土墙4 种拓宽方案备选。

（1）常规填土路基拓宽：采用一般填土施工方式并减小新旧路基不均匀沉降的路基拓宽方式。其优点是施工简单，造价低。缺点是新旧路基间的差异变形大，路基易产生纵向裂缝，施工质量不易控制、施工工期长、占用土地资源多。

傅珍等[3]认为，通过挖台阶和保证施工压实度等措施来约束新路基的侧向位移，通过在路基底层铺设土工格室可有效减小新旧路基差异沉降，对于高路基可在每层台阶铺设土工格室提高填方路基的整体刚度和承载能力。因此，常规填土拓宽方案采用路基基顶和基底铺设土工格室，并结合填土高度情况在每层台阶铺设土工格室。

（2）泡沫轻质土拓宽：这是一种新型轻质的路基填筑材料，具有轻质性、重度和强度可调节性、直立性、自流性。其优点是泡沫轻质土可垂直填筑，节约土地资源，避免或减少建筑物的拆迁；相对于常规填土拓宽，荷载较小，对扩建路基地基承载力要求较小，有利于软土地基的稳定性，同时能有效减少新老路基的差异沉降及附近建筑物的附加沉降破坏；施工占用空间小，对交通通行影响较小；施工便捷，施工工期短。李硕等[4]认为，泡沫轻质土能大大减小软土地基上新旧路基的差异沉降，这决定了泡沫轻质土在路基拓宽工程中应用前景广阔。其缺点是易产生收缩裂缝，耐久性比较差。

（3）桩板式结构路基拓宽：这是一种以预制管桩直接支撑钢筋混凝土面板形成的简洁的承载结构。刘祥胜[5]在高速公路拓宽填方路基施工实践中认为，桩板式路基是一种适用于软土地基路段路基拓宽的新式轻型路基结构。对扩建公路，桩板式结构路基横向设置一排或多排预制管桩，预制梁或板内侧边与原路基顶边缘以现浇枕梁进行横向连接，最后达到纵向拓宽的目的。其优点是相对于传统的填土路基而言，桩板式结构路基刚度较大，沉降较小，占用土地资源少，无须取土填筑，无须对软土地基进行单独处理，施工工期短，有利于扩建项目交通组织。缺点是管桩施工对施工机械和场地要求高，管桩与梁板的连接对设计和施工要求高。

（4）土工格栅加筋挡土墙拓宽：无面板加筋挡土墙是近些年发展起来的一种新型加筋支护结构，通过反包式土工格栅的加筋锚固作用，约束土体的侧向变形，保证填方路基的稳定性，属于柔性结构，能较好地适应地基的变形。其优点是土工格栅加筋挡土墙属于柔性结构，比传统的刚性结构挡土墙能更好地适应地基变形，在不良地基处采用尤能显示其结构上的优势；加筋土挡土墙这种结构比刚性挡土墙有更好的抗震能力；能有效节约用地和填筑用料，具有经济上的优势；施工方便快捷，能缩短施工工期，保证施工质量；生态环保、外形美观。其缺点是工程质量受拉筋材料影响较大，拉筋材料易断裂和蠕变，从而产生应力松弛，最终导致加筋挡土墙变形甚至破坏。

3 拓宽方案比选实例

实例1：既有道路为填方路基，填方高度8 m，左侧紧临厂房，右侧为城市规划用地，总体研究后决定采用双侧拓宽方式。由于受地物控制，无法采用常规填土拓宽路基，但可以利用既有填方边坡空间拓宽路基。泡沫轻质土、桩板式结构路基、土工格栅加筋挡土墙均可实现在既有填方边坡上拓宽路基。①泡沫轻质土可垂直填筑，节约土地资源，荷载较小，能有效降低新老路基的差异沉降；施工方便，无须震动压实，施工期间对厂房影响较小，施工时间短，对保通干扰小，对环境影响小。②桩板式结构路基拓宽沉降较小，占用土地资源少，无须取土填筑，但桩基施工需大型打桩设备，该工点只能在既有道路路面上摆放打桩设备，不利于施工期间的交通组织，且打桩施工的震动对厂房的影响较大。③土工格栅加筋挡土墙拓宽有较好的抗震能力，能有效节约用地和填筑用料，生态环保、外形美观，但其工程质量受拉筋材料影响较大，拉筋材料断裂和蠕变会引起加筋挡土墙变形和破坏。因该工点紧临厂房，若加筋挡土墙出现变形和破坏，对厂房影响较大，且加固处治理难度也较大。综合研究以上3 个方案，最终因为泡沫轻质土荷载较小，能有效降低新老路基的差异沉降，施工期间对厂房影响较小，对保通干扰小而推荐泡沫轻质土路基拓宽方案，如图1 所示。

图1 泡沫轻质土路基拓宽

实例2：既有道路为填方路基，填方高度5 m，路基左侧为软土地基，为低液限黏土，软土厚5～7 m。总体研究后决定采用双侧拓宽方式，常规填土路基、泡沫轻质土、桩板式结构路基、土工格栅加筋挡土墙均可实现路基拓宽。①常规填土方式拓宽路基、可消化本项目的挖方减少弃方，有利于生态环保，需对软土地基进行处治，新旧路基差异沉降较大。②泡沫轻质土可垂直填筑，节约土地资源，施工方便，工期短，因在既有填方路基上加载，新老路基的差异沉降较大。③土工格栅加筋挡土墙拓宽有较好的抗震能力、能有效节约用地和填筑用料，生态环保、外形美观，因在既有填方路基上加载，新老路基的差异沉降较大。④桩板式结构路基拓宽沉降较小，占用土地资源少，无须取土填筑，无须对软土地基单独进行处治。综合研究以上4 个方案，最终因为桩板式结构路基拓宽方案新旧路基沉降较小、占用土地资源少、无须对软土地基单独进行处治而推荐桩板式结构路基拓宽方案，如图2 所示。

图2 装板式结构路基拓宽

本高速公路项目地形多以丘陵斜坡峡谷地貌为主，采用在原路两侧拓宽扩容。因此，路基拓宽工程中的边坡扩挖比例较大，土石方工程数量大，遵循环境保护原则，对无其他制约因素和不良地质的一般填方路段的拓宽采用常规填土路基拓宽方式，充分利用边坡的开挖土石方，减少弃土。

4 结语

高速公路改扩建是今后我国公路建设必然的重要趋势。目前对高速公路改扩建工程中路基拓宽的处理方式已不仅限于常规填土拓宽这种单一的方式，而是有多种技术方案可选择，本文针对既有公路受地形、地物、不良地质、建设与运营协调等诸多因素影响的特殊性和复杂性，提出充分利用好传统技术和新技术，因地制宜地择优选取路基拓宽方案的思路，克服利用既有路基改扩建的各种困难，从而达到充分利用既有公路资源进行改扩建，以节约土地、保护环境、降低造价，创造最大的社会效益和经济效益的目的。

随着科学技术发展的日新月异，新材料、新技术、新工艺和新方法层出不穷，应在充分吸收新旧技术的基础上，创新改扩建路基拓宽技术，以达到既充分利用既有公路资源，又解决改扩建项目的特殊性和复杂性问题，提高社会效益和经济效益的目的。