公路改扩建工程中路基拼接及处理方法分析

谢志惠,余少华

(1.上饶市弋阳公路事业发展中心,江西 上饶 334400;2.江西省交通设计研究院有限责任公司,江西 南昌 330000)

樟吉高速是我国高速公路中的重要组成部分,向北连接了湖北、安徽、河北及北京等省市,向南贯通了广东、香港及澳门等省市,是公路所在地“十字型”主骨架高速公路南北向交通主干道。樟树至吉安高速公路及其前身为昌泰高速(赣粤高速昌傅至泰和段)的昌傅至吉安段,是江西省继昌九高速后建设的第六条高速公路。赣粤高速昌傅至泰和段(以吉安南枢纽为界现更名为S69樟吉高速和G45大广高速吉安至泰和段),线路与昌樟终点连接,区段全长约为147 km。全线设有匝道互通7处(南安互通、峡江互通、吉水互通、吉安北互通、吉安南互通、吉安县互通、泰和互通)、枢纽互通5处(樟树枢纽、吉安北枢纽、吉安南枢纽、泰和枢纽、泰井枢纽)、服务区2处(峡江中心服务区、吉安中心服务区)[1]。为满足“中国东部地区发展新局面”的全新改造建设需求,深化地区经济发展建设工作,应根据地域交通状况,合理进行市政道路施工的投入,为此,地区交管部提出针对此路段的改扩建工作,明确对出省通道的“十字型”高速公路主骨架进行“四改八”是强化交通设施、加强同周边省份区域经济合作的重要举措。作为江西省南北向交通最繁忙之一的樟树至吉安高速公路进行改扩建迫在眉睫。为此,将以此项目为例,开展改扩建工程中路基拼接及处理方法的设计,通过此种方式,推动产业转型升级,有利于加强省际生态共建与环境同治,促进区域生态与经济协调发展。

1 公路改扩建工程概况

樟吉高速公路改扩建工程起点位于樟树枢纽互通的南端(樟吉高速方向)K0+000桩号处,终点位于大广高速公路改扩建工程吉安南枢纽互通的北端(樟吉高速方向)K104+845桩号处,路线全长104.845 km。

根据工可研究报告及沿线建设条件,樟树至吉安高速公路改扩建工程主线除樟树枢纽南侧的黎家至袁河路段采用左侧分离增建加宽形式、莲花形狭窄山谷及同江岩溶区路段采用右侧拼宽或右侧分离增建方式,吉州区城区路段采用西移新建八车道方式,其余路段均采用两侧拼宽的方式进行改扩建,新建的路段为双向八车道,路基整体宽度为41 m(局部受限制路段可根据规范调整右侧硬路肩宽度),其中分离式路基结构的宽度为20.5 m(分离增建)+26 m(老路)。根据公路建设标准,结合工程改造建设需求,设计此路段的行车速度为100 km/h。设计指标如表1所示。

表1 路基拼接及处理施工技术指标

勘察设计分为1个设计标段与1个勘察设计监理标段,分别是KSJ、RSJ标段。KSJ标段由江西省交通设计研究院有限责任公司承担,设计包含公路工程、交通安全设施、环境保护设计、景观绿化设计、沿线设施、交通机电工程等全部初步设计内容,以及全线的相关专题研究。RSJ标段由中咨集团承担,其主要负责对KSJ标段的勘察设计监理工作。

2 路基拼接及处理方法

2.1 填方路基拼接设计

根据此次研究工程项目的实际需求,应在施工前,进行改扩建公路工程项目的填土方路基拼接设计[2]。

此工程边坡清表厚度为30 cm,土路肩挖至路面结构层以下120 cm后,设置0.5×0.7 m台阶,余下坡面再按1∶1.5的坡率,设计0.8×1.2 m台阶进行开挖[3]。根据硬路肩据土路肩开挖后所观察到的路面病害情况、加宽宽度(加宽宽度小于0.75 m时,应部分挖除硬路肩)及该硬路肩在改建后所处行车道位置等因素,决定是否进行路段开挖。

超挖土方如符合高速公路填土要求,则加以利用,如不符合(例如建筑垃圾、含水量大土等)则废弃,利用路堑挖方土换填[4]。按照上述方式,设计填方新旧路基拼接方案,如图1所示。

拼接设计过程中,对于两侧拼接路基(除边缘1 m)及台背6 m范围内,采用夯击能量≥36 kJ的液压夯实设备进行补强[5]。具体参数如表2所示。

表2 液压夯实设备补强具体参数设计

对于单侧拼宽路基拓宽幅在液压强夯范围(4 m)之外采用落锤式强夯,单击能1 100 kN·m,填土高度8 m以下,仅路床(路床1.2 m)底强夯一次,填土高度8 m以上,分别在路基填筑至中部和路床底各强夯一次[6]。

当边坡高度H≥3 m时,在底基层下0.3 m与0.9 m位置处,增设2道土木格栅;边坡高度H≥8 m时,在对应的堤底位置增设一道土木格栅与土木格室。

在进行土木格栅的设计时,根据工程需求,采用钢塑型复合材料作为其主要设计材料,确保设计结构在工程中的屈服伸长率在3%以内,有效拉伸强度在150 kN/m以上[7]。结合施工现场实际需求,此次设计的栅格长度为8 m。

格室采用高强土工格室,节点连接处U 型钢钉开口端金属焊缝长度≥5 mm;节点插件(U型钢钉)拉拔力≥700 N,节点插件开口端金属焊缝剥离力≥300 N;对应的格室片应满足延长率≤10%的要求;格室网格尺寸为400 mm×400 mm,格室张拉后有效侧向约束高度应均匀一致,最小侧向约束高度≥50 mm,格室每组展开面积50 m2。

为避免强夯毁坏格栅或格室,应在路床底强夯补平后铺设格栅或格室,堤底格栅或格室位置与强夯位置竖向距离不应小于2 m[8]。路线抬高2 m以上不开挖大台阶,不设土工格栅或土工格室,仅需清坡及开挖小台阶。

2.2 挖方路基衔接施工

完成上述设计后,对公路改扩建施工段的挖土方路基进行衔接施工,在此过程中,应根据施工段的土质情况与地下水所在位置,对路床1.2 m范围内的土体进行翻挖、碾压,选择沙砾、铣刨料等合格土质进行施工处理。处理后对现场土层压实度进行检测[9]。检测标准如公式(1)所示。

(1)

式中:γ为场地土层压实度,g/cm3;α为土层表面密度,g/cm3;β为压实厚度,cm。根据要求,处理后γ值>96%属于符合标准,在此过程中,弱、强风化挖土方路基在进行衔接处理时,除进行路肩的挖土处理,路床结构不进行其他处理。挖方路基衔接施工处理方案如图2所示。

图2 挖方路基衔接施工处理(单位:cm)

在此基础上,在进行路基原边沟处理时,在对其范围内3 m内路基翻挖后,由于其土质含水量一般较大,且受制于工作面及施工流程难以利用。因此,需要根据现场施工实际需求,利用路堑进行挖方土换填。

2.3 拼接路堤路段排水布置

完成上述设计后,进行拼接路堤路段的排水处理,在此过程中,考虑到设计段存在两处超高排水,针对此种情况,可采用设置“集水井+急流槽+矩形集水沟+横向排水管”的方式,对超高段的路面积水进行排出处理。

在进行中央分隔带排水设计时,采用新泽西双墙式护栏,墙内净宽0.85 m,墙高1 m,墙内填土应用小型机械压实,使护栏表面雨水难以下渗,因此本项目中央分隔带内不设置排水。在此基础上,设计施工过程中的临时排水布置。如图3所示。

图3 拼接路堤路段临时排水布置(单位:cm)

按照上述方式,对于高度>3 m的新老路堤衔接位置,采用级配碎石盲沟进行路基的排水设计,通过此种方式,排出路基表面的汇流水,避免积水渗入路床衔接位置[10]。对于施工中的盲沟位置,可采用设置60 cm×80 cm纵向沟的方式,进行路段防渗处理,并在施工路段上铺设土工布,预设每间隔50 m设置一道,保证施工现场临时排水可以在实际应用中发挥预期效果。

在上述设计内容的基础上,为实现对路基排水性能的进一步优化,可采用增设排水沟的方式,在工程主线填方施工路段位置设置一个底部×深度=0.6 m×0.8 m的排水沟,排水沟整体采用预制混凝土块设置,同时,设置填方路段的匝道与排水沟的深度保持一致。同时,在路基拼接挖方路段采用设置明盖板的方式进行边沟设计。为确保截断的坡面与路基之间的地下水保持连通关系,可在确保路基呈现干燥状态的基础上,设置一个深度约为50 cm的碎石盲沟,利用盲沟中的滤水管进行地下渗水的排出处理。此外,在路基顺坡挖方距离顶坡5 m处,可以设置一个截水沟(根据设计中的具体情况规划截水沟的具体情况),通过此种方式,确保对边坡顶部来水的拦截。为避免在此过程中由于外部降雨导致路基结构失稳或其他安全问题,可在完成上述排水工程的规划与设计后,对施工段进行地质考察,查明施工过程中的软土段与高液限土分布路段,根据土体的性质,在平台位置进行挖方,设置一个平台沟,进行坡面雨水的收集。在降雨过程中,平台沟将主动收集雨水,并将雨水自动导入急流槽,与边沟呈现连接状态的急流槽将进行雨水的导流,按照上述方式进行雨水的排出。综上所述,实现对路基拼接施工过程中的排水与导流设计,完成对樟吉高速项目改扩建施工工程中路基的拼接施工与处理。

3 施工成果质量验收

按照上述设计的施工方案,对樟吉高速K0+000～K104+845路段进行路基拼接施工。施工前,由施工方安排专项技术人员进行路段的勘察,勘察工作内容如表3所示。

表3 施工前勘察作业内容

通过上述方式,掌握施工段路基基础情况,在此基础上,进行填方路基的拼接设计,根据工程施工方质量要求,进行挖方路基衔接施工,再按照上文设计内容,对拼接路堤路段进行排水布置。

完成拼接施工后,在施工区段中随机选择抽样点,对施工后拼接路基的沉降进行检测。根据公路路基设计规划文件中相关内容可知,一般路段拼接施工的允许沉降为≤0.50 m。在测点进行拼接路基沉降观测,统计观测结果,如图4所示。

图4 拼接施工路基沉降值观测结果

从图4所示的实验结果中可以看出,随机选择的19个测点在竣工后出现了不同程度的沉降,但沉降值均未>0.5 m,说明设计的施工方案在实际应用中符合标准。

4 结束语

以樟吉高速为例,对公路改扩建施工中的路基拼接施工处理方法展开了详细设计与研究,尽管本次设计的成果在经过检验后证实了具有可行性,但要实现对此项工作的进一步优化与完善,还应当在后续的工作中,加强地质勘察,明确路面改扩建方案需结合各个阶段路面现状进行考虑。

考虑到路面施工期还有较长一段时间,下阶段需加强路面检测工作,国内几个路面改扩建工程均采用了动态设计方法,取得较好效果。结合本项目的特点,亦可采用动态设计的方式进行方案综合整改。此外,受交通组织方案影响,老路改造阶段两侧的拼接部分下面层已完工,为了强化再生利用效果,可酌情考虑老路铣刨利用与老路回补和拼接新建路面的中面层。通过此种方式,进一步实现对设计成果的深化。