高速公路拓宽工程路基差异沉降控制技术探析

余进 许昌

摘    要：基于高速公路拓宽路基差异沉降的控制，本文通过沉降原理的分析，从技术角度提出了控制措施，所述内容具有一定的参考性，盼为我国高速公路的发展提供技术支撑。

关键词：高速公路;路基拓宽;差异沉降;控制技术

1  拓宽路基差异沉降形成原理

一般情况下，高速公路拓宽過程中，原有路基经过运营及最不利季节后已基本趋于稳定，固结与次固结沉降也基本结束，且在行车荷载与路基自重的持续作用下，软土地基中水分排出完毕，土颗粒骨架间已基本无蠕变现象，地基结构与性能逐渐达到稳定状态。对于拓宽路基而言，其在施工阶段及其完成后会综合发生初始沉降（主要发生于施工阶段）、固结沉降与次固结沉降，并且固结与次固结持续时间较久，直至公路运行一定时间后才会逐渐稳定，故而在此作用下，新旧路基会因沉降程度不同而于拼接处产生错台现象（即差异沉降）。

实际上，高速公路拓宽后新旧路基间必然会出现差异沉降，而差异程度取决于路基高度、拓宽宽度、拓宽方式、地基压缩模量以及新旧地基固结程度。新旧路基一旦出现差异沉降，在拓宽路基固结与次固结沉降结束之前，其会随着时间的推移逐渐增大，并且最终表现为路面开裂和错台，从而引发一系列病害（如水损害），故而在路基拓宽施工阶段，便需采取措施最大限度的减小差异沉降。

2  拓宽路基差异沉降控制措施

2.1  削坡和开挖台阶

针对旧路路基，将边坡一定深度范围内的松散土体利用削坡的方式进行清除，并且按规定将其开挖成台阶形式，以此增加新旧路基的结合面，提高二者之间的摩阻力及抗剪能力（同时还可为土工格栅的铺装提供锚固长度），确保路基拓宽后拥有足够的整体性与稳定性。一般情况下，对于旧路路基边坡的处理，常用方法有直接开挖台阶和先削坡后开挖两种形式。在具体实施过程中，为保证新旧路基衔接良好，削坡一般采用1：0.5～1：1.5的坡度，而在开挖台阶时，其顺序按自上而下或自下而上均可，但是基于施工便捷性的考虑，实际施工多以自下而上开挖顺序为应用;台阶尺寸以台阶宽度与高度为主要控制，在高速公路拓宽施工中，台阶高度不宜小于30cm（一般≤100cm），宽度应≥2.0m（最小不得小于1.0m），具体应根据削坡坡度、路基填料及压实度等因素综合而定;此外，为保证新旧路基的整体稳定性，以防出现错台或滑移现象，台阶开挖还需设置2%～4%的反坡（即内倾角）。

2.2  土工格栅加设

在高速公路路基拓宽施工中，土工格栅的应用主要作用为：①扩撒和均布应力;②提升地基承载力;③减小加宽路基水平应力及水平位移;④具有拉筋作用，加强新旧路基间的衔接性与整体性。

土工格栅作为一种土工合成材料，在高速公路路基拓宽施工中将其铺设于路基基底与每层台阶顶面后，其所具有的加筋功能可在改善新旧拼接处整体受力性能的同时有效减少行车作用下荷载向路基中的传递及扩散，以此达到抑制新旧路基差异沉降的目的。基于高速公路拓宽后受力性能的分析，由于最大剪应力一般出现于台阶边缘向旧路方向1.0m处，因此土工格栅铺设时应于台阶边缘处向内延伸3m左右;此外，当上部荷载（包括行车荷载与路基自重）超过土工格栅所能承受的极限应力时，其便会发生变形与位移现象，且当位移超过一定界限时，进而会引发路基及路面出现开裂。鉴于此，为提升道路拓宽的整体质量，在土工格栅铺设时，需在规定时间内对其施加一定的预应力，并待变形稳定后再实施回填作业，如此可有效防止道路拓宽后路基路面因土工格栅位移而出现裂缝病害。与此同时，为提升加固效果，建议在路基顶部铺设一层土工格栅。

2.3  设置分隔墙

新旧路基间分隔墙的设置，其作用为：（1）抑制旧路中心上抬，避免与加宽部分出现“错台”。（2）有效改善新旧路基竖向沉降。实践表明，对于地表附加沉降，分隔墙的设置可使道路中线及其两边15m范围内减少大约50%，加宽部分减少大约20%。（3）降低加宽施工对原有道路横坡的改变。调查现实，加宽路基施工过程中，当未设置分隔墙时，其可改变原有道路横坡1.0%左右，设置分割墙后则会降至0.4%，应用效果表现明显。

2.4  轻质材料回填

一般情况下，为减少因新旧路基回填料自身性能的差异而引发的不均匀沉降，拓宽部分路基回填料应与旧路路基保持一致。但在软土地基情况下，由于地基承载力表现较低，容易出现压缩沉降，因此为减小路基自重，可采用EPS（聚苯乙烯泡沫）、气泡混合轻质土以及粉煤灰等轻质材料进行路基回填，以此达到降低新旧路基差异沉降的目的。

对于轻质路填料对新旧路基差异沉降控制作用的验证，长安大学公路学院翁效林教授曾采用1kN/m3、10kN/m3、与19kN/m3、三种不同重度的材料进行了仿真分析，结果显示：在三种不同重度材料下，竣工时地表差异沉降量分别为4.08cm、13.13cm和21.68cm，新旧路基表面差异沉降量对应别为4.09cm、7.59cm和9.31cm，由此表明，新旧路基差异沉降量随着拓宽路基回填料重度的增大而增加，即回填料越轻，差异沉降越小。因此，在实际施工中，采用轻质材料作为拓宽路基的回填料，对于新旧路基差异沉降的控制具有显著的效果。

2.5  路基压实控制

路基压实以减小填料颗粒空隙率、提升密实效果为主要作用，以此使填料颗粒间接触面增大，内摩阻力与凝聚力增强，最终达到提升路基强度及控制路基变形的目的。高速公路拓宽施工中，由于新旧路基拼接处通常为最薄弱环节，加之碾压难度较大，大型压路机难以涉及，因此压实效果相对较差，致使不均匀沉降明显，路基整体性与稳定性表现较差。

压实机具对压实效果影响重大，当压实机具吨位较小时，路基回填土的密实度虽然随着碾压遍数的增加而增长，但是增长速度较慢，且当达到最大该压路机对应的极限压实度时，即使压实次数继续增加，也只能引起土体的弹性变形，而不能再增加压实度;当压实机具吨位较大时，当强度极限达到后，随着压实次数的增加，土体变形急剧增加而达到破坏。且当机具过重以至于超过土的强度极限时，则会立即引起土体破坏。此外，压实机具的碾压速度对压实效果也有极大的影响，研究表明：碾压速度越快，压实效果越差。因为应力作用时间越短，变形越小，土的粘性越大，影响就越显著，所以为了提高压实效果必须选择合理的碾压速度。

实践表明：冲击压实能获得较大的冲击力，从而提高土体的密实度，使得土体更容易达到弹性状态。因此在公路拓宽改建工程中，冲击压实能够路基的整体稳定性、降低差异沉降。

3  结语

高速公路拓宽工程施工过程系统而又复杂，本文以控制新旧路基差异沉降为论述目的，从台阶开发与削坡、土工格栅加设、轻质材料回填以及冲击碾压4方面提出了控制措施，所述内容虽不全面，但对实际施工具有一定指导意义。

参考文献：

[1] JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S].

[2] 翁效林.高速公路拓宽路基差异沉降控制技术研究[D].西安：长安大学，2009.

[3] 胡志文.高速公路拓宽工程路基差异沉降分析与控制技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2017.