高速公路改扩建工程加宽拼接技术综述

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　　摘 要：高速公路是我国重要的基础设施，随着交通量的日益增长，我国逐渐进入公路拓宽改建的重要阶段。本文综述了目前我国公路改扩建工程建设的现状、加宽方式、关键问题、施工步骤、地基处理、路基施工、路面施工等问题。并针对目前公路加宽拼接存在的一些问题提出了一些建议，为类似工程建设提供参考。
　　关键词：公路；加宽；地基处理；路基拼接；路面施工；变形
　　1 前言
　　近年来，随着我国经济快速发展，汽车保有量持续增长，由于受修建时技术水平、经济水平和建设思想的限制，有相当一部分的公路，尤其是一些早期修建的高速公路的车流量在通车后20年左右就已经达到了饱和状态，车多拥堵、行驶缓慢已经影响到人们的正常出行和社会经济的健康快速发展，有的甚至还出现了比较严重的道路病害，进一步加剧了通行与需求之间的矛盾[1]。因此，提高公路的通行能力，加快公路的改扩建工作成为全社会的呼声，这也将对我国以后的经济发展起到重要影响，而其中高速公路的改扩建工程将是我国目前公路建设发展的重要组成部分。
　　2 我国高速公路改扩建工程的现状
　　在我国已经建成的高速公路工程中，大多数形式为双向四车道。随着交通通行量的快速增加，交通拥堵现象加剧，原有的高速公路已经不能满足人们出行或交通运输的需求，这就要求我们对高速公路进行改扩建，增加车道。经过调查研究以及结合国外成功经验，我国主要经济带内的高速公路将来会有十车道左右的交通需求[2]。已有车道如何改建，是旧路加宽还是另辟新线，是一个重要的研究课题。因为新建高速公路需要大量的资金，同时占用大量耕地，而且还会造成路网分布不均，客流及物流需要长时间培养，不能充分利用原有线路丰富的客流和物流资源，造成很大的浪费。因此，结合我国国情，我国高速公路大都采用扩建加宽的方式，老路加宽就是在已有高速公路的两侧或一侧增加几条车道的建设方案，此外还可以考虑采用高架和中间分隔带预留等方案。
　　3 高速公路改扩建加宽的方式
　　目前常见的高速公路的改扩建方式主要有：单侧分离、单侧加宽、两侧加宽、两侧分离及混合加宽等多种方式。综合我们国家的高速公路的改扩建经验、地质地貌及实际情况，建议：在平原微丘区应该采用两侧加宽为主，局部分离的方式，如沪宁高速改扩建工程；而山区由于高填深挖路段多、桥隧结构物多及施工期间保通分流困难等，大都采用单侧加宽的方式，如连霍高速郑州至洛阳段[3]。
　　4 高速公路改扩建加宽的关键问题
　　新老路基的拼接是高速公路改扩建工程的关键问题，因为老路在运行一段时间后逐渐达到沉降稳定或趋于稳定状态，而拓宽新路不仅在拓宽施工过程中对原有路基产生附加应力，使老路发生附加变形，同时在拓宽新路建成后仍会产生较大沉降，因此，造成新老路基沉降量不同，特别是新老路基结合部，容易产生裂缝和错位，一旦雨水进入会软化路基，加剧病害的发展，形成恶性循环。因此新老路基的拼接是公路改扩建工程加宽拼接的关键，新老路基拼接的要点主要体现在：（1）在路基加宽之后，新建的路基与原有的路基之间沉降不同，所以要采用各种方法，减少新建路基的沉降量，缩小新旧路基的沉降差距，这又涉及到拓宽新路的地基处理和路基本身的拼接处理问题。（2）路基填料的质量控制要求较高，因为当填料的强度不足或压实不够时，新老路基结合处产生较大应力会形成局部应力集中，导致路面开裂[1-6]。
　　5 高速公路改扩建加宽的施工步骤
　　高速公路改扩建工程主要的施工步骤有：（1）削坡，先将原有路基边坡区域的杂草、腐殖土或表层松软土等杂质移除，集中堆放或者挖出之后直接运离现场。如路基的填筑高度不大于3m，开挖施工工作应尽量一次完成。当遇到填筑高度在3m以上的情况时，开挖工作要按照2m深度、3m宽度的方式进行，并向搭接方向倾斜2%或3%横坡的台阶，最后在临近路基不到3m 的一次性挖除。削坡的深度应在对老路边坡综合检测和评价的基础上论证确定，如采用DCP检测评价等，削坡过多或过少都会带来安全性或经济性方面的问题。（2）地基处理，对于软土或其他特殊土地基还需进行一定的处理措施才能满足工程沉降的要求，应根据地基土的地质情况、路基变形和稳定性的要求确定。（3）路基施工及拼接，场地清理后，进行路基的填筑工作，接着在老路基上开挖台阶，使新建路基与原有路基拼接牢靠。（4）路面施工，主要分为水泥混凝土路面施工和沥青混凝土路面施工[7]，路面施工之前应根据前期老路综合检测结果确定路面施工形式，如原有路面结构质量较好，则新老路可采用台阶错缝拼接的方式，一方面对交通影响较小，同时也较为经济；若老路路面结构质量较差，则新路面施工时可将原有老路路面结构清除或铣刨后重新铺筑路面，这种方式铺筑的路面质量较好，但对交通影响较大，也会增加工程投资。
　　6 高速公路改扩建地基处理
　　6.1地基的影响
　　在进行高速公路的加宽扩建过程中，特殊土经常会遇到，尤其是软土地基，在东南沿海和内陆湖盆地区难以避免。软土地基的处理是高速公路改扩建工程的重点难点。在软土地基上建设的高速公路的路基、桥梁、涵洞的基础、边坡、挡土墙等结构对设计和施工有较高要求，因为软土地基对这些结构的影响较大，具体来讲有以下几个方面：（1）软土地基厚度不均，因为软土地基土质较软，受外界荷载作用软土容易产生不均匀的变形，使得软土地基出现差异沉降，造成地基纵向、横向的滑动偏移。（2）软土承受荷载和外界冲击力的能力较差一般在两三米之间，并且高速公路对施工技术和要求都要高于一般公路，所产生的影响和危害都较大。（3）不均匀沉降，容易造成道路开裂及桥头跳车是高速公路在软土地基上最经常遇到的质量问题。高速公路路面的开裂主要是因为公路的纵向路堤的软土地基处理的方式或强度不同，造成地基刚度差异较大，使得路堤的沉降不均。软土地基与桥体地基的沉降量不同是造成桥头跳车的主要原因，由于桥梁对沉降的要求很高对桥梁墩台基础处理非常严格，而与之相邻路基地基即使经过处理后沉降仍远远大于桥体的沉降量，所以桥头跳车问题是高速公路软土地基的一大通病。（4）当桥台附近的软土地基受荷载作用之后，土体会挤向桥台，使得桥台软土滑动偏移，既影响了桥梁结构的安全性，也影响行车舒适性和安全性[2-3，7-9]。 　　6.2地基的处理措施
　　目前公路工程中常用的地基处理措施主要有水泥搅拌桩复合地基、预制管桩复合地基、CFG桩复合地基等[10]。（1）水泥搅拌桩复合地基，是半刚性复合地基，通过水泥与土的各种物理反应，强化地基的物理力学性质，提高其承载力并降低压缩性，进而减少地基的沉降。优点：研究理论较为成熟且处理效果明显。缺点：处理的深度有限，当软土深度为20m以上时处理效果不易保证。（2）预制管桩复合地基，此种方法使桩-承台-地基土-土工织物-路堤协调共同作用。荷载大都由桩体承担并且也发挥了桩间土的承载作用。优点：施工方便，工期较短且处理效果显著（3）CFG桩复合地基，是一种刚性复合地基，由水泥、粉煤灰和碎石或石屑形成。减小沉降效果明显，极大提高地基的承载力。优点：承载力高，沉降变形小，变形稳定快。缺点：施工技术较复杂，效果难以保证且成本相对较高[11]。
　　7 高速公路改扩建路基施工
　　7.1处理原则
　　在高速公路改建加宽的过程中，新老路基连接部位的处理是重中之重，在长期的工程实践之中，对拓宽路基的处理主要有以下几个方法：（1）对基地进行清淤之后换填强度高的土体。（2）对软土地基进行加固处理。（3）在原有路堤进行台阶开挖。（4）在原有路基和拓建路基的结合部位设置土工合成材料（如土工格栅），防水层及防排水措施等。确保新拓宽路基的处理质量的主要思路有以下方面：首先要尽量减少新拓宽路基的沉降量，为了保证新拓宽路基的强度和刚度，减少工后沉降，需要对软土地基进行处理，常见的方法有，换填法，桩基处理等，同时也要保证路基填料的质量。其次要对原有路基和新建路基的结合部位进行处治，在原有路基处开挖台阶，使原有路基和新建路基有效的融为一体，保证路基的整体性，在选择路基填料的时候要尽量选择轻质高强的填料进行填筑，使新建路基自重减小，从而减小沉降和不均匀沉降，同时在填筑的时候要注意控制填料厚度并且保证每层填料的压实度[11]。
　　7.2路基施工
　　（1）路基施工时要根据设计的断面，分层填筑， 分层压实。划分多个作业段施工，在两段交接的地方，填筑时间不同时，应该先填低填方段，按1：1坡度分层留置台阶，如果两个地段填筑同时进行，则应分层相互交叠衔接，其搭接长度不低于2m，不同层次的搭接缝应错开。（2）在开挖台阶的时候若遇到含水较多的土层，要对其进行排水处理，雨季施工，台阶表面0.5m以上的土体不要清理，要作为台阶的保护层，抵挡雨水的冲刷，保证路基的稳定性。要根据路线纵坡大小，沿着路线的走向在台阶上每10 到15 m挖一道临时横向排水沟，排除台阶内的积水[12]。（3）新路基的铺筑要紧接着台阶的后面，为了形成反压荷载，并用来稳定老路基，在碾压完毕之后可将上一层的填料堆放在已开挖的边坡处，不要长时间的暴露边坡开挖面，使其受到雨水的冲刷或产生软化或卸荷回弹。在多雨季节施工时，应备有充足的防水布对暴露在外的地段进行大面积的覆盖保护。（4）施工期间要对路基基底和路床底面各冲击碾压一次，冲击碾压遍数应根据路基的填料和基底土的试验确定。（5）施工时应重视原地基的排水压实工作，尤其是低填路段和地形低洼地下水位较高路段，确保地基压实度符合规定要求。路基碾压的宽度应比设计宽度要多出0.5m，以确保路基填筑的质量[12]。（6）其他正常碾压工序参照《公路路基施工技术规范》施工[13]。
　　8 高速公路改扩建路面施工
　　改建拓宽路面与老路面的拼接是高速公路改扩建的难题之一，路面拼接的好坏直接影响后期的行车舒适感和安全性及路面的耐久性。
　　路面的拼接主要有以下步骤：（1）老路面铣刨，通俗说就是把损坏的老路面刮一层，再铺新面层。目的是消除老路面破坏松散部分，或为了新老路面结合良好。（2）基层拼接，拼接处老路基层台阶处理→新旧路基台阶拼接→新旧路基侧向拼缝拼接→碾压→用聚酯玻纤布处理上基层接缝[14]。（3）柔性面层拼接及侧面涂热沥青。拼缝侧面涂刷热沥青，新建面层与原有面层的接缝处使用SBS改性热沥青粘结且由人工涂刷均匀。（4）聚酯玻纤布的铺设，聚酯玻纤布具有防水、抗拉的能力，可以有效的增加路面的韧性，是一种全新的土工材料。（5）冷接缝热处理，在进行路面拼接过程中，原有路面与新建路面的沥青混合料存在温度差，粘结性较差，而且会使雨水渗透造成先期的破坏，为了减少这个现象，可采用冷接缝热处理技术。（6）新旧接缝洒热沥青，新老路面纵向接缝的优劣对公路以后的使用有重要影响，在冬季雨雪会由接缝下渗，冻融后对道路产生很大危害，为了避免这种情况的发生，要在接缝处洒热沥青来补缝。
　　9 结语
　　随着中国经济的飞速发展，交通量迅速增长，我国早期建成的高速公路因为通行车道少而不能够满足如今日益增长的交通需求，严重的交通拥堵已经使高速公路的改扩建成为了一个迫在眉睫的任务，如何找到最优的改扩建方式是改扩建项目能否成功的关键步骤，而路基的处理尤其是新老路基的处理及特殊地基的处理是核心问题， 只有充分重视及解决这些问题才能保证改扩建后公路的质量。
　　【基金项目：南京工程学院大学生科技创新基金项目资助（TB20160921；TB20160925）。】
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