高速公路路基改扩建关键技术探讨.doc

高速公路路基改扩建关键技术探讨张强 王叶飞（辽宁省交通规划设计院，沈阳，110166）摘 要 高速公路改扩建技术研究迫切而重要，本文针对京哈高速公路沈阳至铁岭段路基现状调查，提出路基改扩建方案及关键处理技术。关键词 高速公路 改扩建 路基 防护 排水随着高速公路的发展，早期已建高速公路因受建设时的社会经济水平、设计施工技术水平和建设思想的制约,有相当一部分已不能适应交通量增长和社会经济发展的需求,使用时间长的还出现了比较严重的路面病害。高速公路改扩建在交通建设中的重要性日渐凸显，然而与新建公路不同，各待扩高速公路因其所处地域的经济发展、工程条件不同有其各自特点，改扩建约束条件多而不同，从设计到施工,规范涉及不多，因此,开展高速公路改扩建关键技术的研究和交流是迫切和必要的。本文针对京哈高速公路沈阳至铁岭段改扩建对路基改扩建技术进行研究和探讨。1. 一般路基设计1.1 原有路基标准横断面现有高速公路路基宽度均为26.0m，双向四车道，其中：中央分隔带2.0m+20.75m左侧路缘带+43.75m行车道+23.0m硬路肩+20.75m土路肩；行车道、硬路肩的标准横坡为2%、土路肩为4%。中央分隔带缘石高出路面8cm，填方段外侧路缘石高出路面12cm，挖方段与路面同高，路缘石采用花岗岩，缘石外土路肩与缘石同高。 1.2 路基改扩建设计原则采用新工艺、新材料、新技术，提高工程质量，合理降低工程投资。仔细研究老路基填料特性及边坡开挖后的稳定性问题，在保障老路基稳定的前提下进行新老路基拼接，保证拼接质量。结合项目沿线工程地质状况确定经济合理的地基处理措施，促使新老路基变形协调统一，减少新老路基差异沉降，保证新老路基拼接的完整性。尽可能减少填方数量，减少取土坑数量，节约土地资源。1.3 路基横断面改扩建标准1.3.1 整体式路基：本项目主线为四车道改扩建成八车道工程，改建后全幅路基宽度42.0m，其中：中央分隔带3.0m+20.75m左侧路缘带+243.75m行车道+23.0m硬路肩+20.75m土路肩；行车道、硬路肩的标准横坡为2%、土路肩为4%。中央分隔带缘石高8cm，外侧路缘石填方段高12cm，挖方段与路面同高，路缘石采用花岗岩，缘石外土路肩与缘石同高。1.3.2 分离式路基：平顶堡分离式路基新建左幅路基宽度22.0m，其中： 0.75m左侧路缘带+3.0m左侧硬路肩+43.75m行车道+2.5m右侧硬路肩+0.75m土路肩；行车道、硬路肩的标准横坡为2%、土路肩为4%。路缘石填方段高12cm，路缘石采用花岗岩，缘石外土路肩与缘石同高。1.3.3 老路基和新建路基之间的关系：（1）利用原路拼宽移动中央分隔带形成整体式路基利用原高速公路26米路基做为改扩建后的一侧路基，将原路基另一侧单侧加宽,移动中央分隔带位置形成42米新的整体式路基,此加宽方式适用于K693+960.594-K700+459.145西侧加宽路段、K747+270-K752+340东侧加宽路段及K784+600-K787+100改线新建路段。利用原路拼宽移动中央分隔带形成整体式路基横断面图（2）八车道整体式双侧拼宽路基拟合原路的中心线不变,利用原有路基26米的两侧各拼宽8米形成42米新的整体式路基, 此加宽方式适用于K700+460-K747+270;K752+340-K752+720、K758+530-K784+600、K787+100-K846+618双侧加宽路段。八车道整体式双侧拼宽路基标准横断面图1.4 横坡处理原则为较好的拟合原有道路路面标高，设计提供左右幅2条纵断设计线。新建路段及改线路段超高按照现行规范正常取值。旧路利用段路面高程采用水准测量，测量原路面的横坡。在满足规范前提下，考虑实测横坡经数值分析后采用原路超高值，最大程度利用原路，减少工程量。超高以中央分隔带外侧边缘为旋转轴，采用线性超高方式。部分缓和曲线长度不满足超高渐变段长度，超高渐变段考虑侵入直线段。2. 路基拼宽方案2.1 填方路段本项目经过十余年的运营和维护，现状的填方边坡基本完好、稳定，未出现大的拉裂、塌落、滑塌现象，仅局部存在小的冲刷和塌落，由于规模较小，对主线路基不构成破坏影响。高填方段落共计26段,大部分存在桥头的两侧,最大填高14米,其地层岩性以可塑性粉质粘土为主,与桥梁衔接处有跳车情况发生。路基边坡形式表方案边坡形式方案情况介绍优点缺点推荐性方案一放坡形式填料采用常规填料，边坡坡率采用1：1.5路堤安全系数高工程造价相对较低填方量较大，填料来源受较多限制全线大部分路段推荐采用方案二路堤墙填料采用常规填料。采用一般重力式路堤墙征地拆迁较小填方量相对较小圬工体积较大，造价比较高局部路段推荐采用，需探明挡墙基底地质情况2.2 挖方路段本项目共有挖方段落60处，现状的挖方边坡基本完好、稳定，未出现大的拉裂、塌落、滑塌现象，仅局部存在的小的基岩破碎带和冲刷形成的小冲沟，由于规模较小，未形成破坏趋势，对主线路基不构成破坏影响。边坡岩性第四系主要为粉质粘土，岩石以变粒岩、安山岩、混合岩及砂岩、泥岩、砾岩为主，其中变粒岩、安山岩、混合岩等岩浆岩及变质岩为较硬岩；砂岩、泥岩、砾岩层状岩石为软质岩，具有遇水软化、失水龟裂、崩解的特性。据调查，现状边坡粘性土的边坡坡比采用1：1.00-1：1.25；砂岩、泥岩及砾岩软质岩石边坡坡比为1：1.00-1：1.25；全风化/强风化/中风化硬质岩石边坡坡比为1：1.25/1:1.00/1:0.75。本项目挖方最大处为K819+180-K819+920段右侧籍家岭挖方段,最大挖深32米,现状为6级边坡,浆砌片石全断面砌护,表面水泥砂浆抹面，每一级高度6米左右,坡率1:1。其余大部分挖方为两级以下的小挖方。初步设计在挖方边坡稳定的情况下采取放缓边坡,坡面进行框架植草防护。2.3 拼接实施方案控制、延缓结合部位的开裂是保证拓宽改造公路质量的关键之一。国内外类似项目一般采用削坡和挖台阶的方式拼接。为增加新旧路基的整体协调性，避免或减少横向错台和纵向裂缝的发生，在加宽填筑路基前，先对老路基边坡和加宽路基的基底进行30cm（垂直于坡面方向）的清坡处理；然后对原路基削坡，在原路基的土路肩与硬路肩分界处向下按1：1坡度挖除原路基填土。并对基底进行冲击碾压填筑50厘米（水田区70厘米）透水性材料，基底进行冲击碾采用的压实遍数为20遍，速度1215Km/h，验收标准按现行规范的压实度提高一个百分点验收。本次设计自上而下开挖，第一个台阶开挖位置为距离原路硬路肩外侧向内250cm处，台阶高度为80cm。除第一、二级为设置土工格栅台阶宽为2.1m，高0.8m外，其他台阶宽0.8米。高0.8米。开挖后及时进行拼接填筑。上下路床底各铺设一层宽度6米土工格栅，土工格栅在台阶根部以1.0米间距打入U型钉加固于台阶，同时在土工格栅连接处设置U型钉。以下将路基分为以下几种介绍路基拼宽方案：（1）低填路段（填方高度不大于0.8m+路面厚度）采用自上而下开挖，第一个台阶开挖位置为距离原路硬路肩外侧向内250cm处，台阶高度为80cm。台阶宽0.8m，高0.8m，为减小新老路基不均匀沉降及提高新老路基衔接性，对路床部分换填透水性材料。（2）挖方路段为了最大程度的利用路面，挖方路段开挖位置为距离原路硬路肩外侧处，为减小新老路基不均匀沉降及提高新老路基衔接性，挖至路床底，冲击碾压后对路床部分换填透水性材料。（3）边坡高度大于0.8m+路面厚度且小于3.5m的一般路段先对原路坡面清表30cm；再对原路基削坡，在原路基的土路肩与硬路肩分界处向下按1：1坡度挖除原路基填土；在原路基距路缘石250厘米硬路肩处开始挖台阶，第一级台阶宽2.1米，高0.9米；第二级台阶宽2.1m，高0.8m，之后每级台阶宽0.8m，台阶高度0.8m，台阶底面内倾坡度3。 （4）边坡高度大于3.5m的一般路段先对原路坡面清表30cm；再对原路基削坡，在原路基的土路肩与硬路肩分界处向下按1：1坡度挖除原路基填土；在原路基距路缘石250厘米硬路肩处开始挖台阶，第一级台阶宽2.1米，高0.9米；第二级台阶宽2.1m，高0.8m，之后每级台阶宽0.8m，台阶高度0.8m，台阶底面内倾坡度3。在第一级和第二级台阶处各铺设一层6米宽的GDL50/PP型单向拉伸、光老化等级级的聚丙烯土工格栅，土工格栅在台阶根部以1.0米间距打入U型钉加固于台阶。2.4 路基填料与路基压实控制控制、延缓结合部位的开裂是保证拓宽改造公路质量的关键之一。为增加新旧路基的整体协调性，避免或减少横向错台和纵向裂缝的发生，本项目提高对填料及压实度的要求，具体要求见下表：高速公路改扩建工程路基填料的技术要求填筑部位路面底面以下深度（m）要求填料及最小强度(CBR)压实度（重型击实）最大粒径（cm）填料名称填方路床00.8169710粗粒土（即砾类土、砂类土）填方路堤0.81.5129515粗粒土（即砾类土、砂类土）或利用方1.5以下89415原地面90土质挖方换填、填高小于1.5m路堤填筑材料各层9710碎石、砂砾、石渣等，其中砂砾的砾石含量60桥涵台背填料各层9815桥头路堤的处理主要是解决桥头跳车病害。高速公路桥头跳车主要是由于地基软弱土、路堤填料质量不合格、路堤压实度不够、刚度突变产生振动作用促使路堤塑性变形过大、台后填料受渗水侵蚀变形等引起桥台与台后路堤过大的差异沉降。需采取综合措施预防(或减小)桥头过大差异沉降的产生：桥头路堤压实度(重型击实试验法)不得小于96%，重型压路机压不到的地方要求用小型机具薄层夯实，有条件的地方采用冲击碾压；在桥头一定范围路堤之内填筑透水性材料，并做好桥头路堤坡面排水防护工程。2.5 路基沉降控制标准该项目为旧路加宽，处理除要满足现有的技术规范外，还应结合实际和扩建的特殊性质提高路基沉降的控制标准。由于本项目老路软基路段的沉降已基本完成，拼接路基施工中过大的总沉降会导致老路的破坏，因此，拼接路基除了控制工后沉降外，拼接路基的总沉降也需要加以控制。根据相关工程经验，结合本项目特点，推荐按拼接路基计算总沉降不大于1015cm控制。路基横坡总增加量应0.5%。3. 路基防护工程方案3.1 原有路基防护工程的主要形式及其使用状况原有挖方段落绝大部分有1.5m-2m左右的挖方挡土墙，除铁岭立交附近的挖方和籍家岭挖方采用浆砌片石全断面防护外,其余挖方段均为草灌和菱形骨架防护，骨架因雨水冲刷等变形折断。填方路堤大都采用植草或灌木防护,局部路段有护面墙等圬工防护。3.2 路基防护工程方案路基防护形式的选定除考虑工程自身的需要外，还要与排水工程、绿化工程有机的结合起来，形成统一的整体。沿线有大量的人文景观、自然旅游景观，在路基防护及排水设计中充分考虑了绿化与景观的要求，尽量做到与沿线的自然环境相协调。在加宽改建工程中，为了更好的与自然环境相协调，拟进一步加大植草面积，同时减轻积水对路基的侵蚀，具体方案如下： 路堤边坡采用灌木丛+植草护坡，边角处弧形过渡。对于低洼或积水严重的一般路基采用浆砌片石防护一定高度保证路基边坡稳定。对于挖方段的一般路基采用植草防护。部分受地形地物条件的限制，设置挡墙回收坡脚，减少用地及拆迁。水塘路基防护：当路线经过水塘时，对表层的软弱土采用砂砾换填，排水沟外侧采用浆砌片石全防护，并高出塘（池）常水位50cm，路堤部分采用植草灌防护。中央分隔带采用植树种草绿化处理（原路已有），土路肩采用植草、种花美化处理。4. 路基排水工程方案原路挖方路基为梯形无盖板边沟，挖方散排。挖方急流槽设置数量不足，坡面多处冲毁。填方排水沟积水地段较多。因路面加铺填方路面成散排，泄水槽失去作用，部分泄水槽因槽底淘空断裂。改建后考虑行车安全和美观要求，挖方采用暗排边沟加集水井，集中排水。对挖方坡顶冲沟处增设急流槽。填方明确排水出口，对无出口集水段落设置蒸发池等集水措施。泄水槽考虑分节可变形式且加强进水口的防渗措施处理。参考文献1 中华人民共和国交通部，公路路基设计规范（JTG D30-2004），人民交通出版社，2004 2 中华人民共和国交通部，公路工程技术标准（JTG B01-2003）。人民交通出版社，20043 交通部第二公路勘察设计院，公路设计手册路基，人民交通出版社，19964 交通部公路司，新理念公路设计指南。人民交通出版社，20055 交通部公路司，降低造价公路设计指南。人民交通出版社，2005The discuss on gordian technigue of expressway subgrade rebuild a