高速公路拓宽

1、高速公路拓宽自1988年10月31日上海至嘉定18.5km高速公路建成通车中国大陆有了高速公路后，此后20多年间，我国高速公路建设突飞猛进，但由于受建设时社会经济水平、技术水平和建设思想的制约，许多已经建成使用的高速公路中，绝大多数是双向四车道，其中相当一部分己不能适应交通量增长和社会发展的要求，迫切需要扩大道路通行能力。截至2001年底，我国不同车道高速公路所占比例统计结果见表1一13。近年来，随着我国经济的快速增长，物流业的发展和城市间的合作往来更加紧密，高速公路的交通流量日益增加，原有高速公路的设计通行能力已远不能满足日益增长的交通需求，许多高速公路运输能力均已达到饱和，迫切需要扩大道路

2、通行能力。表1一12001年底我国不同车道高速公路所占比例统计表3解决这一问题通常有三种途径习：一是路网加密方案，加大公路密度，使长距离行驶车辆选择不同的路线走廊。二是近距离新建方案，指与已有高速公路基本平行，在距其几公里(一般510km)范围内新建一条高速公路。三是老路加宽方案，即在已有高速公路的两侧或一侧加宽几条车道的建设方案。现阶段我国高速公路改扩建工程大多采用老路加宽的方案。自1997年8月，我国首条高速公路扩建加宽工程广佛高速加宽工程动工以来，先后有海南环岛东线、沪杭甫、沈大、南京绕城、沪宁等高速公路相继局部或全线扩建加宽。正在改扩建的有京珠高速安新段、连霍高速郑洛段、合宁高速；拟进

3、行改扩建且已开始设计的有京珠高速郑深段、广佛高速二次加宽、佛开高速等。因此，从某种意义上说，我国高速公路建设进入了加宽改扩建阶段。近年来国内已有多条高速公路进行了扩建工程，但是较为普遍的是，新老路基存在差异沉降，从而在新老路基结合处产生纵向裂缝，并进而引起更多路面和路基病害，影响了行车的舒适性和快捷性，降低了道路通行能力，严重影响高速公路的经济和社会效益。高速公路路基的加宽工程要考虑路基的整体差异沉降问题。因为新路基的建设会引起路基边坡失稳和新老路基的差异沉降，所以高速公路路基加宽的关键问题5就是如何减小新老路基之间的差异沉降，并保证新老路基之间的有效连接。因此，如何有效地控制改扩建高速公路新

4、老路基的差异沉降、保证高速公路的行车安全和舒适具有十分重要的意义。1.2.1高速公路改扩建方式陈胜营41把高速公路改扩建方案分为路网加密、近距离新建和老路加宽三种，并分别阐述了其优缺点；徐泽中“，将其分为完全拼接式、不完全拼接式和分离式三种，其中完全拼接式又分为双侧加宽和单侧加宽。完全拼接、不完全拼接和分离式拼接的示意图分别如图1一1一，杭甫高速、广佛高速以及沪宁高速等主线的拼宽均采用完全拼接模式，锡澄高速与沪宁高速公路的拼接段采用的是分离式拼接方式。傅珍口，结合我国已扩建高速公路的情况，首先把高速公路改扩建分为新建和加宽两种方式，在加宽方式下又分为两侧加宽、单侧加宽、分离式加宽及混合加宽四种

5、扩建方式，并对其优缺点进行了比较。图1一完全拼接方式图1一不完全拼接方式图1并分离式拼宽方式我国己扩建及在扩建、拟扩建高速公路的扩建方式汇总见表1一27-16。表1一我国主要高速公路改扩建工程扩建方式概况国家西部交通建设科技项目进行了新老路基结合部处治技术课题tle研究，按照病害的类型，主要从新路基稳定性不足和新老路基不协调变形两方面分析了病害的成因机理；从拓宽方式、拓宽宽度及不同地质条件上分析了新老路基不协调变形的特征(沉降方面)；根据路面结构应力情况简单地提出了路基顶面变坡率的控制标准，但未对其进行详细阐述；通过室内人为控制造成新老路基间的工后差异沉降模拟了路基拓宽造成的新老路基不协调变形

6、，研究了拓宽改建工程中新老路基差异沉降对路面结构性能的影响规律；采用有限元方法对拓宽路基沉降进行了计算，并提出了拓宽路基的设计理论和方法。孙四平221等对路基拓宽的处治和分析方案进行了初步探讨，认为在对旧路进行加宽改造时，必须综合分析加宽路基的稳定性和新旧路基间的整体性，地基沉降和路堤自身的压缩变形、路基土的累计塑性变形等造成的不均匀沉降，以及新旧路基间的刚度差异等对路面结构的影响。黄琴龙咖认为路基拓宽工程中相关病害的发生与新老路基间的工后差异变形有着直接的关系，通过有限元数值模拟和室内足尺试验，对沥青路面在路基差异变形下的结构响应进行了深入分析，为相关工程设计方法的建立提供了重要的理论依据和

7、技术支持。钱劲松2刃通过分析老路拓宽差异沉降的研究现状，指出了目前计算方法的不足；结合通用有限元程序八刀sys，运用DP材料来模拟土体的非线性，对老路拓宽工程进行了非线性有限元分析，总结了差异沉降的规律，并依据计算结果对老路拓宽的设计提出一点建议。周志刚2S运用平面应变有限单元法，对拓宽路段新路基的沉降规律以及由此引起的路面结构中的破坏应力进行了分析，指出了拓宽路面在界面处开裂的原因在于应力集中和界面强度的不足，初步提出了路面拓宽的设计思想和计算方法，以及设计与施工过程中的控制指标。1.2.3新老路基差异沉降处治措施改扩建工程设计中的最主要问题是如何处理填方段新老路基之间的衔接，即如何处理新老

8、路堤的不均匀沉降。要采取有效的技术措施保证加宽路基与旧路基的良好衔接，使其成为一个整体，避免或减少差异沉降。 (3)加宽时要考虑的问题台阶的开挖。原印第安那州(玩diana)规范规定坡比大于1：4的道路加宽台阶宽度应大于3m，台阶高宽比为1：1，这样会形成3m高的竖直断面，有可能影响老路路堤的稳定，研究表明台阶的竖直高度不宜超过1.5m。压实度的控制。加宽处的压实度应达到大于等于95%的标准，含水量应在最佳含水量的一%+1写范围内波动。新填土的渗透性应与老路基土尽量保持一致。如果新填土的渗透性高于老路基土，雨水很可能透过上层路面结构聚集在老路基土中，这将使土软化，大大减小剪切强度。完善的路表排

9、水系统设计和对地下水的适当考虑。美国盐湖城L15公路3绷改扩建工程，有27拓tn的道路位于强度较低、固结时间长的软弱地基上，但路基容许施工期限很短(1218个月)，为保证路堤施工的稳定性并减小工后不协调变形，采取了多项工程措施。包括：设置塑料排水板、置换地基、路堤分期施工、轻质路堤、加筋挡墙和设置桩基础等。澳大利亚交通部门阁出于对环保的考虑曾在南澳洲一条高速公路拓宽改建时，对拓宽部分软弱地基表层土体，采用专门机械翻松表层土，再掺加一定比例的生石灰、粉煤灰和液体固化剂进行混合搅拌来进行处治。处治后通过落锤式弯沉仪检测路基路面整体抗变形能力满足设计要求。通车2年后道路状况良好，未发现相关病害产生。

10、日本35对软土地基上路基不均匀沉降控制方面进行了多方面的研究，其中包括针对半幅拓宽路堤提出了一系列工程措施。公路拓宽时将原有双向车道保留，作为拓宽后新路的一个方向的行车道，而在不远处(相距13米)增设一新路堤作为该路另一个方向的行车道。此时原有修筑的路堤已经完成固结沉降而处于稳定，而由于拓宽路堤的影响，老路堤也倾向于新路堤一侧沉降，导致老路堤表面平整度下降，路面开裂。推荐采取的措施一般有：通过在原有路堤外侧路肩处竖向打入一定深度的板桩，使新拓宽路堤的沉降隔离在板桩处，以起到消除由于新路堤的沉降给老路堤带来的连带沉降影响；或通过在新路堤地基部分设置挤实砂桩、石灰桩等复合地基来减小新路堤的沉降量，

11、最终达到减小对老路堤的影响；1.2.3新老路基差异沉降处治措施改扩建工程设计中的最主要问题是如何处理填方段新老路基之间的衔接，即如何处理新老路堤的不均匀沉降。要采取有效的技术措施保证加宽路基与旧路基的良好衔接，使其成为一个整体，避免或减少差异沉降。1999年美国普渡大学的形ch田过J.DeschalmpSs2等人对加宽路基进行了研究，提出了加宽路基的设计指南和施工步骤，并对相应的规范进行了修订。主要内容如下：(l)道路的加宽包括以下两种类型保持边坡坡度不变的加宽；保持坡脚位置不变，使边坡变陡的加宽；(2)报告对印第安那州(玩dlana)五条加宽的道路进行了调查，其中三条加以及通过在新填路堤地基

12、处打入预制桩来减小新路堤的沉降。国外针对软土路基上加宽路基填筑施工提出了间隙法舫一，(TheG叩一method)(图1一5)施工，这是一种二步填筑法，先在距离老路基一定距离外填筑部分新路基，新老路基之间留有一定间隙(GaP)，待地基固结一段时间后再填筑新老路基之间的间隙。由于在第一阶段新路基填土自重作用下的固结会使新老路基间隙下的软土强度和水平应力提高，因而可以有效减小第二阶段填土对老路基产生的附加变形，而且这种分步填筑法要比一次性整体填筑对老路基产生的变形要小。图1一5加宽路堤填筑方法目前，国内针对新老路基差异沉降的处理措施主要有以下五方面：选取合适的地基处理方法并保证处理质量：边坡削坡和台

13、阶开挖；土工合成材料的采用；控制路堤的压实度；采用高强度的路基填料等。一、地基处理高速公路地基处理方法很多，但在改扩建工程中最常用的有排水预压(超载预压)、隔离墙、复合地基法(包括粉喷桩、CFG桩、旋喷桩、预制管桩等)、轻质路堤法等。我国几条主要高速公路的拼宽工程中地基处理措施汇总于表1一34ed6，习。二、边坡削坡和台阶开挖老路削坡的主要目的是为了清除老路边坡一定深度内的表层植被土和压实度不够的填土，同时方便新路堤地基的处理。开挖台阶的目的主要是增加新老路基的接触面，增强其结合面的摩阻力和抗剪强度，保证新老路基之间的有效结合和整体性；同时，还可以为土工合成材料的铺设提供必要的锚固长度【侧。表

14、1一总结了我国几条高速改扩建工程中的削坡及台阶开挖情况4ed7.S1。三、土工合成材料的采用因该部分内容较多，将在1.2.3中详细论述。四、控制路基压实度为了使加宽部分路堤和既有道路紧密衔接形成整体，减少新老路堤的不均匀沉降，防止路面开裂，扩建工程中要求严格控制压实度。考虑到提高压实度的实施难度及缺乏控制标准等因素，高速公路扩建工程中的路基多采用公路路基施工技术规范(JTJool一97)“8要求的压实度进行控制，见表1一5。海南环岛东线高速公路扩建工程ls1中部分路段提高了路基压实度标准：填方路基把规范规定的90%压实度区提高到93%，93%区提高到95%，95%区提高到96%；挖方段，路堑路

15、床底压实度要求达到96%以上。表1一土质路堤压实度标准高速公路改扩建中的地基处理方案表1礴我国高速公路已改扩建工程中的削坡及台阶开挖方式填路基与既有路基的整体性、提高地基的承载力和解决路基的不均匀沉降；可以降低由于路堤自重引起的水平应力，从而减少水平位移，有效地防止路面开裂。喻泽红el分析了土与土工网相互作用机理，指出在土体中合理布置土工网，可使土体的垂直应力、水平应力明显降低，土体的抗剪强度得到充分发挥，大大提高了土体的承载能力、抗变形能力和抗裂能力。她对土工网处理桥头差异沉降进行了有限元分析e2，并通过实体工程的长期观测结果验证了计算结果的合理性，指出土工网对减缓桥头差异沉降有明显效果.朱

16、湘63在考虑软土地基的固结和土体的非线性应力应变关系的基础上，利用有限元对加筋路堤的受力性状和破坏机理进行了分析，指出加筋可以减少路堤的均匀和不均匀沉降，并能增加路堤的稳定性。曲向进64对近年来土工合成材料的计算模型总结分析，初步讨论了各模型的控制方程以及适用范围，再根据实际的路面结构，量化分析了土工合成材料的使用效果，最后依据现场量测对理论分析所得结果进行了可靠度评价。钱劲松圆运用有限元程序对软弱地基上路堤加筋的作用和效果进行了三维有限元分析。通过对相关参数的敏感性分析，证明了土工格栅模量对加筋效果有显著影响，并且加筋位置靠近路堤底部时更能发挥加筋性能；证明了在土体发生显著侧向变形时土工格栅

17、能够发挥抗拉效果，达到减小沉降和不均匀沉降的效果。为解决既有公路拓宽改造工程中新旧路基不均匀沉降造成路面反射裂缝病害问题，丁兆军阂研究了土工格栅对加强新帮填路基与既有路基的整体性以及提高地基承载力和解决新旧路基不均匀沉降的问题，并对其加固机理、施工工序及质量控制方法进行了分析。邢良te71利用土力学的相关理论，针对软土地基上旧路加宽后，在新旧路基间所出现的不均匀沉降和新旧路基整体结合强度不够而引起的路面变形、开裂等现象，从软土地基沉降和路基稳定性入手，系统分析了土工合成材料在加宽路基结构中的作用机理，并初步提出了加筋路堤沉降计算的一整套方法。张功新闭从土工合成材料作用机理着手，分析了在高速公路

18、软基处理中使用土工合成材料会对路堤长期稳定性及工后沉降产生负面影响。土工合成材料的长期强度损失及模量的降低会降低路堤的长期稳定性。土工合成材料的长期变形和松弛对工后沉降也会产生一定的不利影响。张清平和周志刚691介绍了土工合成材料的定义、分类及其主要功能，并且利用土力学的相关理论，分析了土工合成材料在加宽路基结构中的作用机理，认为软土地基上公路的加宽处理，可以采用土工合成材料。在土工合成材料的应用上，一般采用土工格栅进行加筋，近年来土工格室也五、控制填料在填料控制方面，目前国内研究倾向于从两个方面考虑：利用优质透水性材料提高路基承载力；采用轻质填料减小附加应力以降低差异沉降。在高速公路扩建工程

19、中，为了降低路基本身的压缩变形以及增强水稳性，最好能采用透水性砂石填料。例如，在沪杭甫高速公路扩建工程511中，根据该区域的料源情况，采用宕渣和砂砾作为填筑材料，其中砂砾主要用于桥头与结构物连接部位，每层最大压实厚度为25cm。沈大高速扩建工程491为减少新旧路基的沉降差，新填路基要求使用碎石土、砂砾土、山皮土等强度较高的填料，填料之前必须进行室内试验，合格后才允许使用。而且要求碎、砾石土及山皮土中的碎、砾石含量应在30-50%，碎、砾石粒径0.5一10cm，要求碎、砾石土及山皮土的回弹模量为30码ON田ao安新高速改扩建项目lS地处山前倾斜平原区，沿线地形平坦，地势开阔，除韩陵山附近局部段落

20、为挖方外，全线路基以填方为主，难以找到充足的石料供应，填料以常规填料一粉质土及亚粘土为主。轻质填料s21主要有粉煤灰、EPS块体、轻量混合土等，目前更以EPS为代表。EPS5s作为路堤填料、可以减轻路堤重量，减小路堤沉降量，同时保证路堤稳定性。但因价格因素，仅在部分高速公路(沪宁高速扩建工程，安新高速扩建工程等)作为试验路段应用，很少推广。1.2.4土工合成材料在扩建工程路基中的应用土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶傅为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，以发挥加强或保护土体的作用54。近些年来，土工合成材料在公路工程的应

21、用越来越广泛，随着旧路加宽工程的增多，土工合成材料在这方面的应用也越来越多。目前在公路上常用的有土工布、土工格栅，土工格室在近些年应用也逐渐广泛起来。软土地基上的土工格栅加筋路堤在国外是一种应用较多的结构形式，实践证明它是一种行之有效的加固措施。如果加筋材料能够有效地工作，将会极大地提高路堤的强度和稳定性641。土工格栅具有多孔结构，不同于金属带和土工织物等片状加筋材料。土工格栅的锚固能力是通过摩阻力和支承阻力而获得的56。近几年来，采用土工合成材料处理软弱地基，已取得了较好效果。而用土工格室加固饱和黄土地基，则是一种新的加固方法66。JuhaPorsman和veli一MattiUotinen

22、s7.ss、杨茂等刘、李锁平等eo都成功地将土工合成材料应用于软土地基上公路的改建工程中，现场实测和有限元分析结果表明使用土工合成材料可以有效地加强新帮逐渐得到广泛应用。谢永利tvo对土工格室处治方法进行了数值仿真，通过土工格室复合体的承载板试验及实体工程的现场沉降观测，对该处治方法的作用机理进行了研究。指出土工格室的加筋作用减小了土中的竖向应力和剪应力，增强了路基稳定性，达到消除路基不均匀沉降的目的，土工格室是一种有效解决路基不均匀沉降的方法。杨晓华711在分析土工格室处治路基不均匀沉降机理的基础上，介绍了应用土工格室柔性结构处治太古公路半填半挖路段不均匀沉降病害的工程实践。通过现场检测和长

23、期观测，指出采用土工格室加固后的路基回弹模量提高一倍以上，填挖交界处路基沉降呈平缓过渡形式，能有效地控制路基不均匀沉降，处治效果较好。刘柱721介绍了土工格室这种新型的土工合成材料，并比较了土工格栅和格室加筋路堤的作用机理.，少傅珍73等为了解土工格室处理高速公路拓宽结合部的效果，应用有限元分析了土工格室铺设于新老路基结合处不同层位时路基顶面各关键点的侧向位移、竖向沉降和最大差异沉降。指出土工格室的铺设可以减少路基的侧向位移和差异沉降，且铺于基底和基顶时效果最好，可以提高路基整体刚度和地基承载能力。表1一6总结了我国高速公路改扩建工程中土工合成材料的应用概况31”5，。表1一我国高速公路改扩建

24、工程中土工合成材料应用概况第二章拓宽工程病害调查与分析2.1拓宽工程主要病害现象哈大高速公路881位于黑龙江省西部松嫩平原。地表多为粉质中液限粘土和中液限粘土，并有弱碱性盐渍土交错分布，沿线冰冻深度平均为2.07m。由于地势平坦，而排水不良，所以土壤含水量较大。原路基宽10.5m，平均填土高度为3m左右。作为黑龙江省第一条高速公路，是在一期工程(二级汽车专用线)的基础上进行改造扩建而成的，于1997年10月竣工通车。1998年春季就出现了大量的路面损坏。整条道路的主要病害是裂缝，有纵向、横向、斜向裂缝、块状裂缝或网状裂缝(龟裂)等，纵向和斜向裂缝在整条道路大量出现。南京地区的几条进出口干线公路

25、271从1998年开始相继拓宽改造了宁溧公路、宁镇公路、浦珠公路，并新增绕城公路4座互通立交。建成使用后几条公路的个别地段在老路部分相继发生了纵向开裂现象。根据对宁溧、绕城等几条拓宽道路纵向裂缝比较严重的典型路段的调查，发现有以下几个共同点：(l)裂缝均集中在高路堤拓宽路段；(2)出现裂缝的拓宽部位地质情况较差，一般均存在软土层、水塘、低洼地；(3)裂缝位置均发生在老路上；伊)根据施工记录及工后记录，路基工程一般工期均在三个月左右，裂缝产生时间一般在工后3个月，裂缝稳定时间不一。选择重庆市几条山区公路和上海市2条平原地区公路进行调研和分析t8.，结果表明，与新老路基结合不良的相关病害主要有4类

26、：路基损坏，路面损坏，支挡结构损坏，路面整体性能下降。沥青路面损坏表现为出现面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等现象，严重时会产生沿结合面走向的裂缝1且以纵向裂缝为主，如图2一1和图2一2。例如重庆滨江路南岸，该工程向长江堤岸一侧拓宽，拓宽宽度达巧一20米，外侧路肩处设置了高达近10米的挡土墙。沥青混凝土路面，通车一年左右出现大规模纵向裂缝，现场已得到及时修补。裂缝宽度最大处达57厘米，裂缝长度绵延数百米。裂缝位置多处于临近江边挡墙半幅路面内，有的靠近道路中心线，有的则在同一断面内出现两条裂缝tle。林甸一奉康公路90.日原有公路为渣油表面处理的县乡级公路，加宽改造为沥青混凝土路面的二级公路。

27、全线旧路均采用清除路基的方法，未完全清除的旧路基，边坡开挖台阶加宽。整条道路的主要病害是裂缝，从表面上看裂缝各式各样，如横向或纵向裂缝，块状裂缝和网状裂缝(龟裂)等。冬季低温冻缩是诱发横向裂缝的主要原因，纵向裂缝的成因主要来自路基和路面的横向不均匀沉降与变形。图2一1沥青路面纵向裂缝图2一水泥硷路面纵向裂缝新老路基相互作用是一个长期作用的问题，在不同阶段相互作用的结果会不同。在老路基削坡过程中，如果过陡，容易引起老路基局部或整体的坍塌；在河塘水田地段进行抽水平淤过程中，抽水过快或降水面积过大，会引起老路基的附加沉降；采用振动打桩的机械进行地基处理会引起老路基的回弹；填筑速率过快会引起老路基的开

28、裂等。由于扩建或拼接过程中老路要维持正常的交通，在交通荷载的作用下，更容易加剧老路基的破坏。2002年10月，常澄高速公路常州段与沪宁高速公路拼接段(里程NK123一500VNK123+650)，在清淤回填后进行湿喷桩处理过程中，发现拼接的沪宁高速公路南京方向(南侧)和上海方向(北侧)两幅路面的路基路面纵向开裂，并已沿行车道中部出现纵向连续裂缝，长度超过l00m，如图2一3所示；南京绕城高速公路拓宽路基在老路基削坡到软土地基处理的过程中，老路基也不同程度地出现了纵向裂缝，如图2一4所示叫。图2一3常澄一沪宁高速公路拼接工程施工扰动引起的老路基开裂图2一4南京绕城高速公路扩建工程施工扰动引起的老

29、路基开裂综上所述，通过对已拓宽公路病害的调查可以发现，在平原区路面病害占主要地位，且以纵向裂缝为主，位置大多出现在新老路基结合处且靠近老路部位。2.2病害原因分析关于病害成因机理，黄琴龙认为影响旧路拓宽工程性状的主要因素有89：(1)新老路基间的不协调变形：(2)新老路基之间的不良结合：(3)路基路面整体抗变形能力、路基稳定性；(4)以及水文、地质条件等。病害的发生往往不是由单个因素决定的，而是多种因素共同作用的结果，但新老路基间的不协调变形和新老路基的不良结合是导致相关病害产生的主要原因。蒋鑫圃认为异型断面路基路面的病害机理可以归纳为两大类：即路基稳定性不足导致的损坏和填挖方路基不均匀沉降引

30、起的损坏。由于在平原区路面病害占主要地位，且以纵向裂缝为主，本文针对平原区高速公路拓宽改建工程中的纵向裂缝，分析其原因。纵向裂缝产生的最主要因素是新老路基不均匀沉降。由于结合部位两边的新旧路基沉降速率不一样，沉降量不同，导致结合部位存在应力突变、应力集中现象。如果弯拉应力大而结合界面强度较低，则会在该处开裂错台；另外，新拓宽路基边坡的坡脚在填土重力作用下逐渐发生侧向位移，进一步带动上面的填土沉降和侧向位移，使整个拓宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。在这两方面因素的综合作用下，就会在交界处形成纵向裂缝，4。新老路基拓宽处理后的病害主要是由于拓宽工程的工程特点决定的，对其进行原因分析，主要

31、有以下几个方面，：2.2.1设计方面的原因由于高速公路改扩建工程近几年刚在我国开始出现，国内对该方面尚无丰富的理论指导。高速公路拼接技术的设计、施工基本上无规范可循，大部分只是基于经验认识。且近期的此类工程设计基本是参照之前的类似工程，并未经过深入的分析研究。因此，针对具体工程，在设计上难免存在一些不合适的方面或问题。归纳起来，设计方面主要体现在：(l)台阶开挖和老路边坡削坡方面，台阶具体尺寸和削坡程度大部分是根据经验而定，未经计算分析；在实际工程中遇到问题时，只能再改变设计.(2)在新老路基结合部设置土工合成材料时，选取哪一种(土工格栅、土工格室、土工布等)及铺设几层、铺设在哪一层位上、铺设

32、长度(路基宽度方向)时，土工合成材料可以充分发挥其加筋性能，这也是根据经验而定。因此，并不能采取最经济合理的方案。(3)排水设计不完善，设施布置不合理，导致地表水下渗，形成滞水、积水和渗水。路基土受水浸泡而湿软，强度急剧下降。若路面已经开裂，雨水自裂缝进入路基，加剧裂缝扩张并导致路基强度下降。2.2.2施工方面的原因新老路基结合部位工艺较复杂，施工难度较大，往往在此产生人为的质量不合格因素，如密实度达不到设计标准、开挖台阶没有达到设计要求、老路边坡没有处理完全等。由于施工工艺及质量控制不严等各种施工原因造成了结合部的强度不足，新路堤本身出现沉降。(l)结合部基底处理不彻底，腐植土、杂物清理不彻

33、底，透水性不畅，存在薄弱的结合面。导致新老路基底部土基因荷载的增加发生沉降，但原路基下的地基因在改造时已基本固结沉降到位并且所增加的荷载远小于新拓宽部分。(2)边坡开挖过大。已开挖的边坡处没有及时堆放反压材料，使老边坡开挖面长时间暴露，受雨水直接冲刷。造成新老路基亏方，新老路基叠合面减少。(3)路基填土压实度不足。改扩建工程中新老路基结合部位处理不好，其拼接处会产生压实度不足情况，这些因素都可导致路基产生非均匀性沉降。很多拓宽用土为就地取土，土质纷杂不均匀，给压实及质量控制带来难度，标准击实土样和现场测点存在土质差异，这样由于压实度缺乏准确性和代表性，而至局部压实不足。土含水量大，每层上土过厚

34、，施工压实遍数不够，是沉降的根本原因。新旧路基结合处台阶根部，压实有一定难度。由于压路机无法错轮，而使每层上土于根部压实遍数不够，雨后根部积水下浸而软弱。(4)填筑工艺不当。如填料过厚、填筑速率过快，会引起不均匀沉降，使结合部开裂。(5)碾压工艺不当。如碾压次数不够，碾压顺序、压实机具、碾压方式、碾压速度不当等。2.2.3工程地质方面的原因由于土基地质差，导致新老路基底部土基因荷载的增加发生沉降。原路基下的地基因在改造时已基本固结沉降到位并且所增加的荷载远小于新拓宽部分。2.2.4路基填料方面的原因新老路基改扩建处理后结合部位路基材质和路面结构层厚度、强度不一，特别是一边为新填路基，一边为原有

35、老路基，质量也存在差异。(l)有的拓宽路基填料质量较差，抗风化性能、抗淘蚀性能不足。施工过程中路基填料多半就近从挖方断面上直接获取，材料本身的物理力学品质等方面控2.1拓宽工程主要病害现象哈大高速公路881位于黑龙江省西部松嫩平原。地表多为粉质中液限粘土和中液限粘土，并有弱碱性盐渍土交错分布，沿线冰冻深度平均为2.O7m。由于地势平坦，而排水不良，所以土壤含水量较大。原路基宽10.5m，平均填土高度为3m左右。作为黑龙江省第一条高速公路，是在一期工程(二级汽车专用线)的基础上进行改造扩建而成的，于1997年10月竣工通车。1998年春季就出现了大量的路面损坏。整条道路的主要病害是裂缝，有纵向、

36、横向、斜向裂缝、块状裂缝或网状裂缝(龟裂)等，纵向和斜向裂缝在整条道路大量出现。南京地区的几条进出口干线公路271从1998年开始相继拓宽改造了宁漂公路、宁镇公路、浦珠公路，并新增绕城公路4座互通立交。建成使用后几条公路的个别地段在老路部分相继发生了纵向开裂现象。根据对宁漂、绕城等几条拓宽道路纵向裂缝比较严重的典型路段的调查，发现有以下几个共同点：(l)裂缝均集中在高路堤拓宽路段；(2)出现裂缝的拓宽部位地质情况较差，一般均存在软土层、水塘、低洼地；(3)裂缝位置均发生在老路上；伊)根据施工记录及工后记录，路基工程一般工期均在三个月左右，裂缝产生时间一般在工后3个月，裂缝稳定时间不选择重庆市几

37、条山区公路和上海市2条平原地区公路进行调研和分析t8.，结果表明，与新老路基结合不良的相关病害主要有4类：路基损坏，路面损坏，支挡结构损坏，路面整体性能下降。沥青路面损坏表现为出现面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等现象，严重时会产生沿结合面走向的裂缝1且以纵向裂缝为主，如图2一1和图2一2。例如重庆滨江路南岸，该工程向长江堤岸一侧拓宽，拓宽宽度达巧一20米，外侧路肩处设置了高达近10米的挡土墙。沥青混凝土路面，通车一年左右出现大规模纵向裂缝，现场已得到及时修补。裂缝宽度最大处达57厘米，裂缝长度绵延数百米。裂缝位置多处于临近江边挡墙半幅路面内，有的靠近道路中心线，有的则在同一断面内出现两条裂

38、缝tle。林甸一奉康公路90.日原有公路为渣油表面处理的县乡级公路，加宽改造为沥青混凝土路面的二级公路。全线旧路均采用清除路基的方法，未完全清除的旧路基，边坡开挖台阶加宽。整条道路的主要病害是裂缝，从表面上看裂缝各式各样，如横向或纵向裂缝，块状裂缝和网状裂缝(龟裂)等。冬季低温冻缩是诱发横向裂缝的主要原因，纵向裂缝的成因主要来自路基和路面的横向不均匀沉降与变形。制不严，填料中含有机植物根茎及腐蚀性耕植土的现象较为普遍，造成原路基失稳、开裂。(2)路堤填料不均匀，在施工中，对填方填料粒径、级配很难有效控制。(3)部分填料不满足设计要求，如含水量等，而且采取的处理措施不完全。(4)新老路基刚度变化

39、。新老路基拓宽处理后结合部位路基材质和路面结构层厚度、强度不同，一边为新做路基，一边为原有老路基，质量存在差异，在结合部位产生一个界面，为道路纵向开裂留下隐患。老路基由于长期承受大量行车荷载的作用，其客观上己经历了反复多次的振动、冲击和压实，同时也经受了多年的自然环境循环作用。所以路基土的压实度应该已接近或达到最大密实度，路基自身固结充分、沉降也趋于稳定。而新填路基，即使严格按照规范进行设计和施工，也必然要经历进一步的固结、压密等过程，加上新老路基填筑材料的不同，势必要产生一定的差异沉降。这样，新老路基拓宽处理后，在结合部位沉降量不一，成为道路产生纵向裂缝的主要原因。2.2.5其他原因(l)工

40、程管理。工程管理不严格。(2)工期短。因施工工期短，土基及新路基的固结下沉未到位，工后沉降大。另外考虑到施工进度和施工安全等因素，使得路基碾压压力或压力作用时间不足。路基压实不充分，最终导致路基压实度相对差，并且在高速公路改扩建项目中，新路基自然沉降率相对老路基要高。(3)机械原因在铺筑新建路面基层时，不直顺平滑的立面会影响压路机碾压基层的边缘。即使立面很平滑，由于压路机钢轮外侧有钢臂，在新老路基交接处有2030cm宽的填土，大型压路机无法碾压到。因此，在此位置的基层混合料将会以半松散的状态存在，即使采用小型压实机具进行压实也很难达到大型压路机的压实效果。所以个别路段的新旧路结合部基层强度很低

41、，由于强度不足，会造成路面在此部位断裂，从而形成纵向裂缝。(4)行车荷载的影响老路加宽后，行车荷载位置向外扩展，一般来说荷载力大部分分配到新填路基上，其中，重车荷载基本都由拓宽路基承担。从受力角度上讲，新路基所受的承载力比旧路基大，因此沉降的可能性也就更大，从而在新老路基结合处产生差异沉降，出现裂缝。 (5)地基沉降历史和当前受荷载状态的差异带来新老路基沉降差异。老路基下地基在公路改扩建之前已受到老路基和交通荷载的长期作用，沉降己基本稳定，而新拓宽部分路基下的地基则刚开始受到路基路面和交通荷载的作用，其工后沉降相对大得多。就当前受荷状态而言，老路基自重荷载及交通荷载已作用在其地基上，几乎没有增

42、加，或增加很小(新填土少)，而新路基下地基原来仅受其自重作用，当前则受新增新填路基荷载及交通荷载的作用。综上所述，处理过程中主要解决的问题应当是：处理好新老路基结合部位的地基，加强新老路基的结合强度，控制路基填料质量，严格把好施工质量控制关。7.1试验路概况7.1.1工程背景京珠国道主干线南北贯穿河南省中部，位于107国道以东，沿线为河南省经济最活跃的城市带，在省会郑州东北部与连霍国道主干线相交，路线地理位置见图7一1。京珠国道主干线是国家规划的“五纵、七横”国道主干线的最重要路段，也是形成河南省高速公路网的基本构架，具有十分重要的政治、经济意义。安阳至新乡高速公路是京珠国道主干线河南省境内的

43、重要组成部分，北接京珠高速公路河北段，南接刚建成的京珠高速公路新乡至郑州段(郑州黄河二桥)，向北直至首都北京，向南至广东沿海地区，是承载国家南北运输的公路大动脉，而且也是河南省南北向最为繁忙的运输通道，是河南省经济发展的“基轴”之一。安新高速公路1994年9月开工建设，1997年11月建成交付使用，是一条功能设施齐全、全封闭、全立交的四车道高速公路。近年来，京珠高速公路安阳至新乡段以其高速、平稳、畅通的优质服务承担着繁重的运输任务，2003年平均日交通量达小轿车19000辆旧。目前，其过境交通压力日显突出，1999年至2003年交通量平均增长率为5.13%，是京珠线河南境最繁忙的段落，也是交通

44、量年均增长速度最快的路段。其公路服务水平逐渐下降，已不能满足经济发展的需求，改扩建工程势在必行，路线全长113.27公里。该项目改扩建的完成对发挥河南省的区位优势，缩小区域间经济发展差距，促进区域经济发展将起到重要作用，对改善河南省骨架公路网合理布局及缓解河南省南北交通运输压力、完善综合运输体系有着重要意义，对河南省旅游业、外向型经济的发展具有积极的促进作用。7.1.2设计概况全线采用八车道高速公路标准，结合沿线地形地质条件以及地物等情况，本项目计算行车速度为120公里/小时，原安新路路基宽26米，对其加宽成整体式八车道言加宽形式为双侧各加宽8米，加宽后路基总宽42米，其中：行车道2x4x3.

45、75米，中央分隔带宽3.0米，左路缘带2x0.75，硬路肩宽2x3.00米(含右侧路缘带2x0.5米)，土路肩宽2x0.75米。桥涵设计荷载(加宽部分)采用公路一I级，本项目主要技术指标见表7一1o第七章试验路铺筑与分析(2)新旧路基间的刚度差异对路面结构的影响。(3)面层反射裂缝的防治。针对以上问题，为保证加宽路基与旧路基的良好衔接、避免或减少纵向裂缝的发生，特采取以下技术措施：(l)基底和路基压实度处理本项目所在区域地层主要为第三系和第四系松散物沉积，其物质组成主要为粉质亚粘土和亚砂土，河流两岸地下水位较高，地基工程地质条件差。因此，必须彻底对基底进行清理、压实及换填，提高路基基底强度，以

46、避免或减小新旧路基间的纵向裂缝。(2)台阶开挖与填筑为增加新旧路基的整体稳定性，避免或减少横向错台和纵向裂缝的发生，在填筑加宽路基前，先对老路基边坡进行30cm厚的清坡处理。并在原路基边坡上开挖台阶，台阶底向内倾斜3%，同时自下而上，开挖一阶及时填筑一级，台阶的宽度为lm。根据不同路基填高在新老路基结合部位铺设高强土工格室，土工格室采用钢筋钉固定，钢钉间距台阶部位0.5m，其他部位1.0m。(3)土工合成材料的应用路基填高小于4m时，在基底和最上层台阶底部各铺设一层高强土工格室；路基填高大于4m小于6m时，在基底、第三层台阶(从基底算起)底部和最上层台阶底部各铺设一层；路基填高大于6m时，在基

47、底、第三、第四和最上层台阶底部各铺设一层高强土工格室。土工格室从台阶内缘铺设至加宽路基的边坡处，并采用U型钢筋钉固定。(4)路表水的防治老路拓宽改造工程原公路普遍质量标准低，路基强度不如新拓宽部分。在重交通和环境因素综合作用下，路面易开裂或损坏，雨雪水渗入后不易及时排出路基，这样会破坏路基的稳定，加速公路裂缝的出现和路面损坏。因此，在设计过程中，采取了相应的排水措施，在路面与基层顶面之间设置SBR胶砂应力吸收层，可防止反射裂缝的发生，兼作防水层。从设计、施工角度，考虑的处置对策有：(l)经过现有资料和检测资料分析，路况良好没有病害的路段，设计中可直接加以利用。因调坡需要而增加的填方应严格按照新

48、建道路处理。(2)针对原路堤填土密实度不够，拟考虑采用粉喷桩、预制管桩、局部碎石隔栅处理方案，并通过典型路段施工试验分析进行优化。(3)针对现有中央分隔带无排水设施而导致渗水，影响路面基层强度的病害为减小路基的不均匀沉降和防止出现桥头跳车现象，对于本路段软弱土路段和桥梁、通道(明)、涵洞(明)及分离式立交加宽部分台后基底地基按特殊路基处理，采用水泥搅拌桩(湿喷法)对地基进行加固。本次对旧路进行加宽加铺改造时，对一般填方路基设计特别注意了以下关键性技术问题：(1)新旧填方路基间的不均匀沉降以及新路基的塑性累积变形对路面结构的影响。处理，拟考虑补充全路中央分隔带的块石封水系统。(4)针对路面无排水

49、(散排)系统，拟考虑采取集中排水和分散排水相结合的排水方式。(5)通过检测路面基层结构强度不能满足设计要求，应清除重建。(6)针对桥头搭板脱空跳车病害现象，根据病害的不同程度拟采用石灰搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等综合处治对策。7.2试验路铺筑方案本章试验路方案中主要介绍了路基台阶开挖方案与土工合成材料加筋方案的试验路情况。作为试验路现场试验，还有冲击压实的效果分析(包括地基冲击压实与路基冲击补压两种情况)，该部分内容作为差异沉降控制技术之一放在了第五章，故在本章不再缀述。7.2.1路基台阶开挖方案根据现场及其他条件，经各方单位共同研究讨论后，最终决定在安新高速改建工程NO，3标段进行路基台阶开挖方

50、案。7.2.2土工合成材料加筋试验路段7.2.2.1试验段选取和方案在初拟12个方案的基础上，根据现场条件，经各方单位共同协商讨论后，最终决定在安新高速改建工程N0.1标段进行3个试验路铺设，分别为沉降观测路段方案一、方案二、方案三。在这些路段均进行沉降板埋设并进行了沉降观测。具体位置及方案分别为：7.3试验路的铺筑7.3.1台阶开挖在加宽土方施工前，彻底清除沟底淤泥、腐殖土、杂草等，对原路基边坡面进行清理，按照台阶开挖方案采用推土机配合人工进行台阶的开挖。台阶形成后应先对台阶表面松铺方进行压实，填料碾压及冲碾一定要压到台阶的根部，以保证新旧路基充分地结合为一体，从而进一步提高路基整体稳定性。

51、台阶的开挖要随着填料进程进行。施工现场图片如下。台阶开挖与压实7.3.2土工合成材料的铺设7.3.2.1土工格室的铺设对铺筑地面进行平整，在整平和压实后的层面上张拉土工格室且设立锚固钢筋。张拉前应插入锚固钢筋，并用锚固钢筋锁紧固定土工格室，使其全面铺开，土工格室之间的连接处人工采用专用小型工具连接，土工格室四周采用钢钎或锚固钢筋。土工格室铺设完后，在已铺好的土工格室上填土，以达到锁定及加筋补强作用。土工格室的张拉铺设见下图。图7一16土工格室的连接图7一17土工格室的锚固图7一18铺设好的土工格室7.3.2.2土工格栅的铺设在平整好的场地上采用人工铺设。铺设开始前，应注意选择胶面向下，保持铺设

52、平整、拉紧，不得起皱，使土工格栅具备有效的张力。土工格栅搭接距离为：纵向接头搭接距离不小于20cm；横向搭接宽度不小于15cm。纵向搭接应根据沥青摊铺方向将前一幅置于后一幅之上。土工格栅铺筑后应及时填土(暴露时间不应超过48h)。土工格栅的铺设见下图。图7一19铺设好的土工格栅7.3.2.2土工布的铺设在平整好的场地上采用人工铺设的方式进行。卷材应垂直于道路轴线方向展开，土工布不允许有褶皱，尽量以人工拉紧。材料尽量采用宽幅织物，幅与幅之间纵横向连接采用搭结法，搭结宽度以30一50cm为宜。借加重使土工布定位于地面.不得因填土而移动。土工布的铺设见下图。图7一20铺设土工布7.4试验路实施分析7

53、.4.1路基台阶开挖方案分析台阶开挖有利于新旧路基的衔接和结合，但不恰当的台阶开挖方式或开挖施工方法极容易导致施工塌方，这对旧路基的影响非常严重。尤其是在很多拓宽工程施工过程中仍然开放交通的情况下，旧路开挖坍塌的问题更应引起足够重视。安新改建工程在项目前期施工中，曾由于开挖方式和施工方式不恰当引起坍塌，如图7一21。图7一21旧路台阶开挖不当引起坍塌分析原因，认为开挖坍塌主要是由以下几个方面引起：(l)原设计方案不进行削坡处理，直接开挖第一级台阶，从而导致第一级台阶高度过高，如图7一22；图7一22原设计台阶开挖方案(2)旧路基排水不畅，含水量过高(实测坍塌段含水量达24%)；(3)旧路基边缘

54、压实度不足，导致松散土过多；(4)开挖后直接对地基进行冲击压实，地基振动过于强烈；针对以上情况，提出了新的开挖施工方案，主要建议如下：(1)新的开挖方式不挖除土路肩，保护硬路肩和行车安全；(2)新的路基开挖方式从土路肩外侧起挖，且先进行削坡处理。清表后先进行1：1的削坡处理，清除了路基压实不到或受腐殖质影响的松散土，则可以保证第一级台阶开挖的稳定；图7一23试验路开挖方案(3)先填20cm碎石层再进行地基冲击压实。目的有二：利用碎石层的松散结构消减冲击振动能量；地基含水量过大不宜直接进行冲击压实：(4)对含水量过高的旧路基，在削坡后不宜立即进行台阶开挖和地基处理，应先进行晾晒。并对地基、以及开

55、挖后台阶面进行20cm深度的灰土处理，生石灰掺入量为4一5%；(5)冲击压实是路基坍塌的诱因，若以上措施仍无法保证旧路基稳定，则采用振动压实取代冲击压实对地基进行处理，或在路基施工过程中，采用薄层静压取代振动压实。在新的路基开挖方法施工下，路基开挖后一直保持稳定，未发生坍塌现象，如图7一24图7一24新的开挖方式下路基保持稳定下面就几条具典型地质状况的高速公路加宽工程进行论述：(l)广佛高速公路加宽工程广佛高速公路加宽工程从1997年10月开工，到1999年12月完工，成为全国首条高速公路加宽扩建工程。广佛高速公路全线累计共有软土地基段5562m，软土层厚度达10m一20m，主要是淤泥质细(粉)砂软弱层。老路下的软基采用袋装砂井结合砂垫层排水固结处理，经过近十年的沉降，路基范围内的软基已充分