高速公路加宽的施工技术

-1-高速公路加宽路基施工技术摘要：本文结合连霍高速公路刘江至西南绕城段加宽改造工程的实施，提出旧路加宽几点施工方案，供后期施工参考。关键词：旧路加宽施工技术一、引言随着国民经济的快速发展，道路交通运量迅猛增长，既有公路、城市道路等旧路加宽加铺改造工程也随着大量的付诸实施。对旧路进行加宽加铺改造时要特别注意：①新旧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响应的影响，②新旧路基间的刚度差异对路面结构响应的影响，为此，在旧路加宽改造工程的实施之前必须进行先期的方案试验研究。通常可采用软弱地基处理、基底清淤换填、旧路路堤台阶开挖、土工合成材料加筋垫层和加筋土路堤、土工织物防渗和排水、改良土高强路堤和轻质路堤、铺设土工合成材料防裂层或增大加铺层厚度等工程技术措施。本文结合连霍高速公路郑州段刘江至西南绕城段公路加宽改造工程的实施，提出旧路加宽综合处治方案。二、工程概述连霍国道主干线刘江至西南绕城段改建项目是在原路基基础上进行加宽扩建，路基加宽是在原有26m路基的基础上两侧各加宽8m后形成的，加宽后路基宽度为42m，其中：中央分隔带宽3m，左侧路缘带宽2×0.75m，行车道宽2×4×3.75m，硬路肩宽2×3.00m，土路肩宽2×0.75m。路基标准横断面为整体式横断面。原路面横坡为1.5％，路肩横坡为3.0％，考虑到原路面经过加铺、改造，整体路况较好，为便于与老路面相接，加宽部分的路面横坡为1.5％，路肩横坡为3.0％。设计行车速度120km/h，符合现行高速公路双向八车道标准要求。三、加宽路基设计（一）设计概况连霍国道郑州段老路基经过近十年的运营，路基沉降已基本完成，因此路-2-基基底处理的目的是尽量减少新加宽路基的沉降量，缩小新老路基差异沉降量，进而减小新老路面出现纵向裂缝的机率。路基加宽采用挖台阶的方式进行，加宽台阶高度为0.8米左右，台阶宽度为1米，并设置3%内倾横坡，在原地面及路床顶面以下40厘米处各设置一层8米宽加强型双向土工格栅，路基高度大于4米时，在原地面以上1米处加设一层8米宽加强型双向钢塑土工格栅。为便于渗入到原路面内部水分的排出，路床面面以下40cm设置横向碎石排水层，其下40cm厚路床采用5%石灰土处理。上下路堤填料的CBR值需满足要求，否则应掺加结合料处理。对一般填土高度不高的路段地基采用碎石垫层法（即碎石垫层+土工格栅和土工布）进行处理。桥头段及高填方路段地基采用碎石桩法（即碎石桩+碎石垫层）、PTC管桩法（即PTC管桩+碎石垫层）进行处理。沿（压）河、塘段基底挖除淤泥后，采用片石回填，碾压稳定后用碎石嵌缝的方法处理。（二）新老路基结合部位病害原因分析在新老路基结合部，路基和路面结构层厚度、强度不一，一侧为新建路基，一侧为原有老路基，质量和地基沉降存在差异，为道路开裂留下隐患；新老路基结合部位沉降量不一，必然会产生一定的沉降差异，特别是新填路基沉降量较大，而老路基已完成大部分的工后沉降，这样不可避免地在新老路基结合部产生一个沉降差值突变点，成为道路产生裂缝的主要原因;新老路基结合部位工艺较复杂，施工难度较大，往往在此易产生人为的质量问题，如密实度达不到设计标准等，也是产生裂缝的原因之一。（三）新老路基结合部处理的主要内容针对道路拓宽在施工和技术上的关键性问题，必须保证对新填土的压实质量；必须保证新填土与压实老路基土之间紧密结合。这两个问题解决好，就可以保证新老路基结合部的不均匀沉降。-3-四、路基施工方案及方法（一）施工准备1、在开工之前对设计院所交导线点进行复测，恢复线路中桩，绘制横断面图。对路基边缘、坡脚、边沟、借土场、弃土场等的具体位置，标明其轮廓，报监理工程师审批。路线的中心位置、高程、横断面、边坡度、平曲线超高均必须符合设计图纸的要求及监理工程师的指示。2、清理与掘除路基施工范围内原有的房屋、道路、沟渠、通讯、电力设施、上下水道、坟墓及其它建筑物应妥善拆迁、清除或改造。对公路用地范围内的植物、垃圾、有机杂质须进行清理、掘除、移运和处理，并挖除树根，同时对原老路排水沟的浆砌片石进行拆除。3、临时工程根据施工总体布置图中便道规划位置、结构形式修建施工便道；做好临时排水系统，保证将地表积水及施工时路基范围内的水通过该排水系统引入附近河渠或低洼处。4、土工试验根据选定的取土场，对不同填料分别取样进行土工试验，包括颗粒分析、含水量、密实度、液塑限、有机质含量、承载比（CBR）和重型击实等试验，对路基原地表土也按要求取样进行土工试验，合格后报监理工程师审批，经审批后使用。（二）地基处理1、碎石垫层法（碎石垫层+土工格栅+土工布）（1）地基处理材料要求采用碎石垫层法处理的地基有三段，结构层为土工格栅+40cm厚碎石垫层+-4-土工布。采用加强型双向钢塑土工格栅，横向拉伸屈服强度60KN/m，纵向拉伸屈服强度30KN/m，屈服伸长率≤3%，连接点剪切强度不小于1.5Mpa；碎石选用粒径2.0～5.0cm的未风化碎石，含泥量不大于5%；土工布采用裂膜丝机织土工布，纵向抗拉强度≥50KN/m，横向抗拉强度≥35KN/m，断裂延伸率≤25%，CBR抗顶破强度≥4000N，单位容重不小于240g/m2，撕裂强度≥410N，进场的材料必须符合上述要求。（2）铺设土工格栅按设计要求将土工格栅伸入原路基范围的土挖除，将整个铺设范围整平，碾压至规定的压实度。铺设前路基表面应无硬凸出物，以免穿破土工格栅，从而降低土工格栅的强度。按设计图纸要求测量定出土工格栅的边桩。在下承层边部先铺设土工布，保证其锚固长度1.5m,再铺设土工格栅,并保证1.0m的锚固长度,铺设时应拉直平顺,紧贴下承层,不得出现扭曲、褶皱、重叠,其强度最大方向应与线路方向垂直,并注意做好搭接,搭接宽度不小于20cm，搭接处应尽量避开锚固反弯端。土工格栅采用U型圆钢固定。每次铺设不宜过长，应及时覆盖，以免长时间暴露或暴晒使其性能老化。当发现土工格栅有破损时，应立即修补好或予以更换。（3）施工质量的控制a当土工格网摊铺在碎石层上时，应先在碎石层上撒铺2cm厚的粗砂，以免土工格网直接与碎石接触而被破坏。b运料车应避免在已摊铺并张紧定位好的土工格网上直接碾压，以免对土工格网产生推移或破坏，从而影响施工质量。铺设土工格网的关键是保证连续性，避免产生扭曲、褶皱、重叠，要特别注意避免过量拉伸，以防止超过其抗拉强度和变形极限而发生破坏和撕裂。-5-c每层填土厚度不大于30cm，压实度≥93％。（3）碎石垫层施工在土工格栅施工完毕并经检验合格后，应立即施工碎石垫层。在每隔20m定出碎石垫层填筑的边桩。分两层摊铺碎石，每层压实厚度20cm。采用自卸车沿土工格栅边缘倾卸填料，不允许直接卸在土工格栅上面，卸料时应均匀、缓慢倾卸，堆料高度不得超过1m，以防填料集中受力。卸料后应及时摊铺，摊铺时沿路基宽度平行向前摊铺，第一层填料采用轻型推土机或前置式装载机，个别摊不到的边角采用人工配合平整，边卸料边摊铺。摊铺时应注意卸料、摊铺方向与土工格栅铺设方向一致，否则摊铺碎石时势必将土工格栅翻起。压实采用轻型压实机具压实。摊铺及压实时，一切车辆、施工机械只允许沿路堤的轴线方向行驶，不得在其上转弯。（4）铺设土工布碎石垫层经摊铺平整、碾压密实并检验合格后，即可开始铺设土工布，其铺设方法与土工格栅相同，且必须符合以下要求：铺设时按路基横向铺设，接缝搭接采用缝接法，即采用移动式缝合机用尼龙线对面缝缝接，接缝宽度不小于20cm。土工布铺设时应拉直平顺，紧贴下承层。其边部应留足够的锚固长度，回折复裹在压实的填料面上，平整顺适。土工布与土工格栅的接缝应交替错开，错开长度应不小于0.5m。现场施工中发现土工布破损时，必须立即修补好。铺设完毕后，应立即覆盖土，第一层土采用轻型压路机压实，只有填土厚度大于60cm时才能采用重型压路机压实。-6-2、碎石桩法（碎石桩+碎石垫层）采用碎石桩法处理的桩径为0.5m，桩长为7～8m，桩间距1.2～1.6m，平面上呈梅花形布置。碎石垫层厚0.3m。（1）施工工艺流程清理平整场地→施工放样→振动桩机就位→振动沉桩到位→加料填料→振动后拔管→拔管反插→提高至桩顶→转入下一桩位→桩基检测→摊铺碎石垫层→平整压实→铺设土工布→填筑土方（2）施工前做成桩试验a试验前选用级配良好的碎石，确定碎石的密度，通过试验核实已灌注碎石的实际用量和控制套管及灌注碎石的速度，判断桩是否产生缩颈和断桩。b认真记录桩的灌入时间和深度，压入的碎石量和电流的变化，确定正式施工时采用的参数。如密实电流，留振时间，填料等。成桩按设计和规范要求对成桩效果进行抽检，复核地基承载力。(2)施工操作工艺a碎石桩施工前，将场地整平压实，清除原地面障碍物，碾压密实以利于施工机械行走。当压实后地基承载力不够时，可采用铺筑碎石垫层，使地基承载力足够承受施工机械的重量。b备料：通过实验选用级配良好的碎石，碎石粒径为2～5cm，含泥量小于5%。c桩架就位桩架就位必须平整，稳固，套管尖插在测设好的标桩上并保持垂直，垂直度偏差不大于1%。桩架就位后在原地面做好标记以便检查桩架位置确保桩孔位置准确，施工过程中及时检查桩架是否水平以保证桩孔竖直向下。d振动沉管-7-开始振动器，利用振动器自重和激振力将套管沉入软土层中直至设计标高。在振动沉管过程中，注意及时检查桩架是否水平，桩架是否跑动，如有跑动或倾斜要及时调整，保证桩位准确垂直。e灌注碎石沉管至设计标高后，采用人工将经检验合格的碎石分批灌入套管中。填料分批加入，不宜一次加料过量。原则上要“少吃多餐”保证试桩标定的装料量，一般制作最深桩体时填料偏多每次加料一般为管内1米填高的填料。每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时应继续加料继续振密，严格防止“断桩”和“劲缩现象”的发生。f振动拔管碎石填灌完成后，开始振动器，在原地面留振10秒后，既边振动，边拔管。振动过程中应严格控制加料振密过程中的密实电流，密实电流的规定值应根据现场制桩实验定出，宜为额定电流的90%左右。严禁在超过额定电流的情况下作业，每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时应继续加料，继续振密，严格防止“断桩”和“颈缩桩”的发生。拔管速度控制在1.0~1.5m/mim，随振动拔管套管尖活瓣打开碎石进入桩孔，并被初步振实。g振动沉管，挤密碎石套管内碎石放完后，利用振动器自重和激振力将套管挤压入已填桩孔碎石内，将碎石挤入周围土体并挤振密实。振动器在固定深度的留振时间宜为10s~20s。h成桩重复以上步骤，直至桩孔内填满碎石，拔套管，桩架移位，进行下一步的施工（3）施工质量控制-8-施工过程中应记录：沉桩深度、制桩时间、每次碎石灌入量和反插次数等。施工完毕后，及时按设计和规范要求对桩基进行质量检测，经检测合格后，将原地面整平并碾压好，然后摊铺30cm厚碎石，压实后上铺土工布，对土工布的要求和铺设方法同碎石垫层法。碎石桩施工时应严格控制填料量、桩管提升速度和高度、挤压次数和时间、电机的工作电流等，以保证挤密均匀和桩身的连续性。3、PTC管桩法（PTC管桩+碎石垫层）3.1施工工艺流程：原地面整平夯实→桩位放样→静压机就位→经纬仪调整垂直度→静压第一节桩→起吊第二节桩→电焊接桩→检查焊接质量和垂直度→静压第二节桩→重复前面的压桩工艺以至要求的位置→检查整体质量→开挖桩帽土体，形成土模→放置钢筋网片、浇注砼、养护。3.2施工准备工作（1）组织技术人员会审图纸，形成图纸会审记录；编制技术交底书，做好技术准备。（2）场地完成三通一平、排水畅通，并满足打桩机所需的地面承载力，对于地面较软可采用在原地面上铺碎石压路机静压来解决。（3）处理场内影响管桩施工的高空及地下障碍物；（4）设置高程控制点和轴线定位点;（5）选定进场的打桩设备，其性能满足设计的技术要求。选择桩机时根据设计承载力、桩径及地质情况进行先择，可参考附表1选择（6）在对工程环境条件分析后，确定桩基施工可能影响原有高速公路正常通行和安全时，需采取有效的减少振动和挤土影响的措施，并设置观测点进行监测。-9-表1静压桩机参数表压机型号性能YZYl20YZY160--180YZ