高速公路软土路基加宽施工分析

吴 战，刘若明，董玉林

(山东东泰工程咨询有限公司，山东 淄博 255000)

1 引 言

我国第一条高速公路建于1978年，台湾用8年时间建成的基隆至高雄(凤山)高速，为纪念孙中山先生，也称为“中山高速”。自此，京津唐高速、辽宁高速、沪嘉高速、连霍高速等发展迅速，截至2018年12月28日的统计数据显示我国的高速公路里程已经是世界首位。但即使是这样，许多高速公路的通行能力依然不能满足人民群众的出行需要，这一方面是因为经济发展速度过快，汽车保有量过大，另一方面是高速公路在设计时受到了经济和认识环境的条件限制。因此，提升公路的通行能力势在必行，这是毋庸置疑的。路基加宽作为一种经济性高，占地少，许多发达国家也都采用这种方式对道路进行扩建升级。

路基加宽最早在我国的应用是在1987年对广佛高速公路进行改扩建工程施工，在此之后，其他高速也展开了加宽施工，如沈大、沪杭等高速。路基加宽过程中可能发生工程病害，主要是差异沉降和整体稳定问题。差异沉降问题主要是新路基填筑使得老路基产生附加变形，且老路基变形基本已经达到稳定，新路基变形较大，差异沉降进一步会引发公路的路面层产生裂缝，影响高速公路通行安全。整体稳定问题主要是在新老路基结合面可能由于施工时无法使新老路基结合良好，导致整体性较差从而发生滑移破坏[1]。软土本身承载力低，压缩性高，高速公路加宽工程这两类问题在软土路基下发生的可能性更大[2]。因此，对高速公路加宽工程中的病害产生机理进行研究，提出相适应的施工技术进行处理对保证软土地区高速公路加宽工程质量有重要意义。图1为广佛高速公路施工现场。

图1 广佛高速公路施工现场

2 高速公路加宽现状

我国很长一段时间内修建的高速公路都是四车道或六车道，老路加宽经过工程论证和研究证明了其优越性。单侧加宽、双侧加宽、分离式加宽、混合加宽等四种方式是常用的加宽方式，表1归纳总结了我国几条主要高速的加宽方案。

表1 高速公路加宽方案

3 高速公路路基加宽工程病害

3.1 纵向裂缝

在软土地区进行路基加宽工程中，纵向裂缝是一种较为常见的工程病害，路面层的裂缝产生是由于更深层的差异沉降造成，其原因主要从两个方面进行分析，一方面，老路基修建完成时间较长，在荷载作用下变形已经基本完成，而新路基由于填料的压缩性质存在区别，导致新老路基的沉降速度存在差异，新老路基间的不均匀沉降不断发展，逐渐影响到路面层，使其产生裂缝。另一方面，新老路基的密度不符合设计标准，结合处的施工工艺无法达到标准水平，老路基在受到新填筑路基施加的附加应力作用下会产生附加变形，新老路基下沉变形的差异最终导致路面开裂。图2为纵向裂缝[3]。

图2 纵向裂缝

3.2 路基失稳

路基加宽工程中新老路基的结合不完整极易引起新老路基在结合面发生滑移破坏，这是由于软土本身性质决定的，新老路基间易产生差异沉降，使得路面产生裂缝，外界水体侵入裂缝中会使得新老路基结合面上的摩擦力减小，土体在水作用下强度变小，大大降低路基的稳定性，发生滑动破坏的可能性大[4]。

4 高速公路软土路基加宽原则

严格控制新增路基对既有路基形成的附加应力，尽量将新增附加应力导致既有公路的重新固结沉降控制到允许范围。新增路堤对既有路基的附加应力控制[5]，应：

(1)对于浅层软弱地基，尽量采用完全换填法进行处治。对于软弱地基不大于3 m的地段，为防止新建路段软弱地基处治不到位发生沉降而牵引既有公路发生变形，故宜对软弱地基进行全部清除换填处治。

(2)尽量采用轻型材料进行路堤加宽，如EPS、泡沫轻质土等轻型材料。为尽量减小新增路堤对既有路基产生附加应力，故采用轻型材料加宽时，宜对既有公路的路堤挖除不小于新增轻型材料重量的既有填料，或对新增加宽路堤下部的软弱地基挖除不小于新增轻型材料重量的软弱地基，从而有消除新增路堤加宽带来的外附加应力，也就避免了既有公路的差异沉降或开裂。图3为泡沫轻质土用于路基加宽。

图3 泡沫轻质土用于路基加宽

(3)尽量采用刚性桩基进行复合地基处理，尤其是对于既有公路采用塑料排水板、袋装沙井、碎石桩等处治时，如果新增附加应力过大将可能导致既有公路的软弱地基发生再次固结沉降。再如采用半刚性的搅拌桩、旋喷桩等复合地基处治的既有公路软弱地基，新增路堤加宽时宜尽量采用刚性CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)、素混凝土桩或管桩复合地基法进行处治。从而有效控制新增路堤发生沉降牵引既有公路发生变形。图4为采用碎石桩+碎石土处理加宽软土路基。

图4 碎石桩+碎石土处理加宽软土路基

5 高速公路软土路基加宽施工分析

软土路基条件下，加宽工程中的常见工程病害发生概率大，对设计和施工的要求更高。高速公路加宽工程项目通常都受到工期、经济和现场环境因素的限制，因此，要对其加宽施工过程做好过程把控和组织管理[6]。

5.1 软土路基加宽施工总体思路

(1)新路基加宽前需要对老路基做好削坡处理，维持路基稳定性。

(2)采用快速加固的施工方法，尽量缩短工期，减少限制通行所花费的费用。

(3)采用粉喷桩处理路基时，注意合理布置桩间距，兼顾质量与经济。

(4)注意防排水，加宽段基底有软土层的可先对地层进行排水固结。

(5)做好沉降监控，控制填筑速率。

5.2 软土路基加宽处治技术

新老路基结合处如何处治对加宽工程质量至关重要，只有采用合适的处理方法才能让新老路基结合紧密，形成整体，避免裂缝出现，从而引发路基失稳破坏。对于如何加强新老路基的结合性能，不少学者进行了加筋土方面的研究，从钢筋到植物纤维，岩质纤维等等，也有一些关于土工合成材料如土工格栅的研究，为工程实践提供了很多优异的思路[7]。

当前，在高速公路加宽工程中，应用最为广泛的就是土工格栅材料，土工格栅通过格栅与土相互作用，两者之间的摩擦使得结合处土体所受的法向压力减小，也能有效抑制土体的侧向变形，不仅可以增强路基承载力和抗剪强度，还可提高新老路基之间的整体性，对差异沉降的控制起到重要作用。此外，土工格栅具有弹性，在循环荷载作用下变形小。加宽工程中应用土工格栅时通常是在开挖出台阶后，一半铺设在原有路基，一半铺设在新填筑的路基上，在软土地区应用时要注意增大格栅的用量，多采用轻质填料，或对老路基进行加筋处理等。土工格栅的处理方式大致可以分为两类。

(1)根据新路基填高设计一定坡度进行老路基边坡台阶式开挖，铺设土工格栅前先铺设一层土工布，使应力均匀向下传递，土工格栅将新老路基两部分连接起来，如此分层进行新路基的填筑压实。

(2)增大加宽部分边坡坡度，施工时对老路基边坡进行内倾式开挖，开挖至与地面齐平，每个台阶上方铺设土工格栅。

5.3 软土路基地基处理措施

软土地区加宽工程不仅需要对上部新老路基结合处进行拼接处理，其下部地基处理也十分重要，对变形控制有重要意义[8]。工程实践中可以采用真空预压法，超载预压法、粉喷桩、旋喷桩等多种处理方法对软土地基进行处理，并可以通过合理调整桩间距和深度等方式进行分段渐变式处理，较为合理地解决新老路基间的沉降差异问题。

5.4 软土路基加宽施工措施

(1)边坡削坡。根据现场路基边坡的坡度选择开挖方式，若坡度较陡，为确保路基稳定性，可采用分次开挖，在选择开挖坡度时，每次开挖坡度小于前一次开挖坡度。同时，应当做好防护措施，每次开挖完成后做好复合地基处理。

(2)台阶开挖。开挖内倾台阶，台阶数量决定了新老路基之间的接触面积，对新老路基的结合效果影响较大，施工时应尽量多开挖台阶。

(3)防水措施。老路基进行边坡开挖施工时，注意避免上部水体对其产生冲刷或者渗入边坡，影响边坡稳定性，可在开挖的老路基顶面铺设防水布或者设置防水带。

(4)土工格栅的铺设。在台阶面水平向铺设土工格栅，铺设时注意观察土工格栅是否存在质量问题，保证材料的完整性和连续性。堆放土工格栅时要堆放在阴凉干燥处，避免性能受到影响。软基处理段与未处理段的交接处进行土工格栅设置，且需要注意保证搭接长度，加强横向整体联系。

(5)路基填筑。应尽量选择与老路基填料的物理力学性质接近的填料，控制好新老路基结合处的压实度，可采用间隙法进行路基填筑，由于第一次填筑使得新老路基间隙的强度和水平应力得到了提高，因此可以有效地减小第二次填筑时这部分产生的附加变形，且分布填筑对原有路基影响较小。

6 结 语

高速公路软土段进行加宽施工时，新老路基结合处以及软基处理等都要妥善做好处理，本文分析了路基加宽病害机理，对施工应注意的技术要点和措施给出了工程建议，可为类似工程提供参考。