中铁六局集团交通工程分公司 北京市丰台区 100160
摘要：经济的发展，城市化进程的加快，促进高速公路建设的增多。高速公路交通量日益增加，原有的一些道路宽度、设计行车速度等均已无法满足当下的要求，成为制约当地和区域经济发展的瓶颈。因此，改扩建公路、提高等级是解决当前问题的主要手段。在改扩建过程中，新建路基和原有路基之间存在一定的差异，这种差异会影响道路结构的正常使用。本文就高速公路新旧路基衔接处不均匀沉降问题展开探讨。
关键词：高速公路；新旧路基；衔接处；不均匀沉降
引言
当前我国城市化不断推进，城市间的交流愈发频繁。在国家经济高速推进的背景下，交通运输能力提升成为当前交通管理部门关注的焦点。针对高速公路运输能力提升，有几种观点：一是在现有的公路上减少道宽，增加车道；二是增建新的高速公路、省级公路，分流交通；三是在现有的高速公路基础上，延续、扩建和改建。第一种改建成本低，但存在后期养护费用高、增加交通事故率等隐患；第二种效果显著，可以拉动GDP，但征地、施工成本较高，带给财政较大负担；第三种成本适中，线路固定，可以较好的提高高速公路运力，衔接新老高速公路，但需要着重注意公路的施工质量，防止在新旧路基衔接处不均匀沉降问题的发生。
1新旧路基衔接位置不均匀沉降影响因素分析
1.1路基拓宽方式及宽度对不均匀沉降的影响因素
经施工项目现场试验分析可知，新路基的拓宽长度增长值与新旧路基的沉降增长值二者之间呈现出显著的正相关关系，但是并非简单的线性关系，相关曲线的斜率值逐步降低。对于高速公路路基单侧加宽施工而言，原有路基结构的中线位置的沉降逐步增加，但中线周围的沉降值较低，沉降变化规律为先增加后降低。若假定加宽路基的路堤高度值恒定，在拓宽长度较低时，路基顶部出现沉降的最大位置一般位于加宽后路肩结构的外围，在加宽施工过程中，沉降量最大值逐步向路基中心位置合并，并在新填筑的路基结构表面形成反向的横坡。在车辆荷载及外部环境的耦合作用下，路基结构容易受到破坏。综上，在原有路基拓宽宽度较小的情况下，由于受到车辆荷载及外部恶劣环境的耦合作用下，为了降低其对路基结构的破坏和影响，可以选用单车拓宽施工技术；若拓宽值较大时，新旧路基结构的沉降差异对拓宽宽度的变化敏感性较强，一般不建议在工程中使用。
1.2新旧路基沉降的差异
新旧路基沉降差异是路基加宽工程容易产生纵向裂缝的最主要原因。在多年荷载的作用下，旧路基的沉降变形已经稳定，而相比之下，新路基的沉降并没有达到稳定。在施工完成的初期，新旧路基是位于同一高程的，但当新路基沉降的逐渐发生，直至稳定，新旧路基之间必定会出现一定的沉降差，这种沉降差反映到路面就会导致铺装路面的开裂。
1.3高速公路新老路基土的差异
高速公路是一种狭长的带状交通建筑，因此在覆盖面积内，必须考虑到复杂的地形地质因素进行基础施工。比方说，在连接某山区和平原的高速公路衔接施工时，两端需要挖方施工，中间需要进行填方置换，这就要求施工单位解决倒三角形状路基衔接的不均匀沉降问题。在扩建加宽、延续施工中，不仅需要根据设计规范计算基础承受标准，还需要结合老公路的沉降现状制定针对性的路基换填施工或采用加筋施工技术，满足路基的使用要求，达到基础土方的荷载均衡。
1.4施工的影响
施工是导致加宽路基病害产生的重要因素，新旧路基结合部在施工过程中的病害主要有结合部表面植土、土层松散、杂物清理不千净坡面开挖过大新旧路面叠合面减少新建路基填料压实度不够，引起不均匀沉降新旧路基衔接处的排水设施不合理造成道路积水的下渗，影响路基的正常使用。除此之外，新建基层的收缩、老路车辆的振动均会使新旧路基衔接处产生不均匀沉降，进而导致路面结构产生纵向裂缝。
1.5新老路基荷载差异
原有的高速公路经过十几年的使用，路堤的基土固结成整体，刚性化显著。在此基础上，无论是对两侧进行加宽还是延长衔接、接入都会影响到老路基的核心偏载，重心的偏移导致高速公路老路基与新路基在衔接处的沉降增量变化加大，返盆式作用对老路基的基土影响不大，但对新路基会造成较大的影响。新老路基的荷载差异变化会逐渐影响沉降，超过沉降缝承受范围后，容易出现质量问题。从高速公路扩建工程使用效果来看，加宽、延长路段的交通质量较高，车流量较多，容易在衔接处发生荷载不均产生的下滑问题。
2新旧路基衔接位置不均匀沉降指标控制分析
2.1新旧路基衔接不均匀沉降及地基改善控制
对于高速公路新旧路基的衔接处治，一方面要解决新旧路基衔接强度问题，一方面要对工程相应地质情况进行准确分析。如果为特殊路基尤其是软土地基，在改扩建中填筑新路基相当于施加了外加荷载，就有可能引发路基不均匀沉降从而破坏路基填筑完成后的稳定性，对此要采取技术措施改进地基受力状况，阻止新旧路基侧向移动，并通过减轻路基填料自重来达到控制不均匀沉降的目的。高速公路改扩建项目施工完成后，新填筑路基沉降趋于停止的旧路基间沉降差值不能超过容许范围。高速公路改扩建项目如遇到土质差，对后期路基稳定有潜在安全危害的路段时，需要分析产生原因采取针对性的应对措施。
2.2隔离墙+塑料排水板预压处理
根据设计图纸，在原有的高速公路路基两边或一侧连续打入水泥墙，做隔离墙，控制好基底土层的扰动，消除坑边荷载带动的原有路基的附加沉降。同时配合塑料排水板和预压，增加排水通道，降低排水长度，加速路基基底的排水速度，加快基底基土的固结作用。该方法适用于路基地下水环境复杂，基土含水量较多，需要降低地下水位的工程。该防治措施涉及堆载预压，工期长成本高。
2.3土工合成加固技术
在路基拓宽改造施工中，土工合成材料加固技术对于新旧路基的不均匀沉降控制优势显著。常用的土工合成加固技术主要为土工格栅材料。该技术原理是将被加固的土体视为各项异性的复合材料，复合材料同时受到拉应力和剪应力两种，可以将格栅材料视为刚性材料，其加固性能优异。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆使用加筋材料进行加固的过程中，随着铺筑层位置的逐步降低，差异沉降作用的削减效应逐步提升。在土体相互摩擦力的作用下，可以为新旧路基土体提供较强的横向约束力，以控制新旧路基的整体变形能力，新旧路基土体的整体性和刚度显著提升，二者之间的不均匀沉降效应被显著抑制。对于加宽部分路基，土工格室加筋时的水平位移小于不加筋时的位移，即土工格室加筋对防止路基水平位移有较为明显的效果，有效抑制和减少了路基水平位移。
2.4新旧路基结合拼接削坡施工
高速公路改建、扩建、加宽和延长，需要对原有的旧路基进行修整主要方法有削坡、台阶和土工合成材料。削坡需要处理好原有基层的浮土、压实系数不高、不密实的表层基土；对原有路基从坡顶到坡底以台阶状开挖，台阶高度控制在70cm～90cm之间，宽度为1m～1．2m。削坡过程中，首先按照1∶0．8的坡度开挖，完成第一阶段路基处理后边坡旋喷桩处理，形成内倾坡度为3%的方台阶后可进行土方压实。
2.5新旧路基顶部衔接面结合技术
为加强新旧路基衔接面的结合强度，可以通过强夯或使用大吨位压路机来提高新填筑路基的压实度，在这个过程中旧路基会受到强烈触动，使旧路基土质更加密实，接近新加宽部分路基压实度，达到减少差异沉降的目的。此外强夯可以使得路基内部产生侧面挤压应力，引起土体发生物理或者化学性能改变，进而提高新旧路基衔接处稳定性，避免发生开裂等问题。为了加强新旧路基在顶面的衔接，可以沿道路纵向粘贴土工膜（复合土工膜或加筋），或者在新旧路基衔接处两边各布设一排与路面交叉成45度的聚合物杆或锚杆，使其产生牵引茹结的效用，进而从根本上减小新旧路基衔接处的不均匀沉降。
2.6路基加筋
高速公路改扩建施工常见将土工网、土工格栅以及土工格室等土工合成材料用于路基填筑中。这些材料因其耐腐蚀、强度高等优点能够大大提高新旧路基间的结合强度而被广泛采用。路基加筋采用的土工材料表面会与路基填料相互摩擦，其肋条和结点具有被动抗阻效应，加上加筋料网格上下层填料之间相互作用，最终能够使新旧路基填料嵌锁固定，从而提升新旧路基的稳定性。举例来说，施工较常见的土工格栅抗拉强度高，受到外力拉伸时由于其延展率较低不会发生破坏变形，格栅带相互交错形成的孔眼可限制孔内土体移动发挥锁固效应，进而反过来被动阻抗格栅变形。如果土工格栅的延展率不大于10%，其在使用中可最大程度减少蠕变移动，因此能够实现对路基填料的有效加固，进而达到稳定新旧路基，减少差异沉降的目的。
2.7施工处治技术
（1）边坡削坡。路基填土往往位于旧路基的边坡上，因而必须对旧路基边坡按一定坡度进行削坡削坡的方式有自上而下和自下而上两种，但削坡必须满足施期间的路基稳定要求。每次开挖完毕后，平整压实，进行复合地基处理施工。（2）台阶开挖。按照要求开挖内侧台阶台阶数量尽可能多，为新旧路基的衔接提供更多的接触面，利于新旧路基的结合。在部分填方较高的路段采取逐步开挖的方式施工，同时做好排水与安全防护工作。（3）防水措施。开挖旧路基后要及时截断路面过水特别是超高段的流水，防止雨水直接冲刷边坡，在开挖边坡上铺一层防水胶纸或塑料布，以防止雨水渗入。迅速排除施工场地的积水，断绝外来水，确保旧路基的安全使用。（4）土工各栅的铺设。土工格采取向横铺设，保证其连续性不能出现断裂、弯曲折皱、松弛，但又要避免过量拉伸。材料应堆放在阴凉处，严禁暴晒和雨淋，以避免其老化。路基的填筑。根据区域的填料来源情况合理选择填料新筑填料的物理性状要尽可能地与旧路基的填料相同对于新旧衔接处的压实要尽可能全面，尤其是部分死角处。（5）支挡结构。土墙、矮墙等支挡构造一方面可以有效阻止改扩建路基侧向滑移，减少新旧路基衔接处裂缝发生的可能性；另一方面可以在较大程度上减轻改扩建路基填土自重，大大减小新旧路基间的差异沉降。除此之外支挡结构也可以稳固路基中的加筋材料，使其更好地发挥效用。通常当改扩建的加宽路基存在稳定性隐患时，可以应用支挡构造物来增加其稳定性；而如果加宽路基填高大导致路基自身压缩变形太大或新旧路基衔接处蠕变发生趋势增强时，可以借支挡构造物减轻加宽路基自重；若征地或者放坡困难，为减少土石方工程量，可以通过设置支挡构造物达到收缩坡脚，降低工程造价的目的。
结语
当前我国高速公路在扩建、延伸和加宽施工工程中，已经普遍注意新旧路基衔接处不均匀沉降问题，同时也针对产生不均匀沉降的原因制定了具体的施工组织设计。但是就实际施工结果来看，无论是不均匀沉降的计算方法还是沉降控制措施、指标都缺乏统一的科学标准。由于高速公路具有狭长、带状的特点，工程整体地质环境复杂，设计与施工具有很多的偶然因素，无法完全依照现有的设计标准进行计算。与新高速公路项目的建设相比，高速公路扩建、延伸施工具有更高的技术难度和质量控制难度，因此对于防止新旧路基衔接处不均匀沉降还应进行更多的研究。
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论文作者:张怀伟
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/26
标签：路基论文; 新旧论文; 高速公路论文; 不均匀论文; 土工论文; 荷载论文; 改扩建论文; 《建筑模拟》2019年第1期论文;