高速公路路基加宽技术

高速公路路基加宽路段的主要病害及其处治措施汇报人：徐雪玲日期：2016.6.122研究背景及意义路基加宽方式的选择路基加宽路段的主要病害病害机理分析病害处治措施主要内容3我国高速公路尽管建设与发展时间不长，但由于先前建设规划、投资资金和经济发展的不协调，加上交通量的增长，导致相当一部分高速公路已不能满足交通运输和社会发展的要求。与另建新道路相比，对高速公路进行扩建更符合我国的国情。高速公路的改扩建在我国尚处于起步阶段，从设计到施工没有系统成型的技术理论标准，导致路基加宽路段，特别是拼接结合出现很多严重的病害，降低了高速公路的通行能力，浪费了人力、物力和财力。研究背景及意义4因此，本文从路基加宽方式的选择出发，调查研究了高速公路改扩建中路基加宽路段存在的主要病害，并分析了病害产生的机理；最后分别从拼接结合处的地基、路基和路面三个方面提出了相应的处治措施，对提高加宽后高速公路的性能具有非常重要的理论意义和实用价值。研究背景及意义5路基加宽方式的选择拓宽改建方案单侧加宽分离宽加拼接加宽两侧加宽混合加宽拼接加宽全线高架内侧高架路基加宽分离加宽外侧高架6路基加宽方式的选择单侧拼接加宽单侧加宽特点是新旧路基的中心线不重合，优点是加宽路基的施工比较容易，而且能保证质量。由于新建路基施工集中在路基的一侧进行，可进行大面积作业。缺点是一部分新路面要落在新填土上，它的强度难以保证与旧路基土相同,双面坡的行车道中心线移动后，增加了路面材料的用量。7路基加宽方式的选择双侧拼接加宽双侧加宽是指高速公路路基左右两侧对称加宽。优点是新老路基的中心线重合，路面仍然保持在经车辆压实的基层上。缺点是当加宽值不大时，新旧路基填土间的压实难度大。特别是软土地基段产生沉降量大，新旧路基间变形较大，使得新旧路基结合处经常发生一系列的病害。8路基加宽方式的选择分离加宽在受空间、地质环境限制，跨越特殊地段采用单侧或双侧拓宽路基会基带来不利影响时，采用分离加宽路基可以较好地解决这些问题。但整个工程量和用地数量接近于新建工程，造价增加，且就路基原有横坡调整难度较大。9路基加宽方式的选择我国已改扩建的国家干线公路中，主要采用双侧拼接加宽的方式，局部路段由于相关条件限制采用单侧拼接加宽或分离加宽的方式。新老路基之间如何紧密衔接形成整体成为路基加宽工程成功与否的关键所在。10路基加宽路段的主要病害通过调查大量的高速公路加宽改建工程，发现拓宽后的高速公路存在一系列病害，主要有路基的损坏以及由此带来的路面的破裂、支挡结构失稳，路面产生大量的纵向裂缝。病害的产生大大降低了路面的通行能力，路基加宽路段的病害概括为以下几个方面：11路基加宽路段的主要病害与旧路基相比，新路基会产生较大的竖向变形和水平向移动，引起新旧路基间的差异沉降、沿新旧路基结合部发生滑移，当变形过大且变形量随时间不收敛时，甚至会发生新路基的失稳、整体坍塌。软土地基上更容易出现诸如此类的病害。而错台就是由于加宽路基的滑移量比较小而产生的，这种病害反映到路面上就会造成路面的开裂，雨水通过裂缝渗入到路基，新建路基的稳定性就会大大下降。路基失稳12路基加宽路段的主要病害路基失稳拓宽路基整体坍塌13路基加宽路段的主要病害高速公路改扩建工程中大多数路面病害都是路基损坏的反映，主要会导致拼接处路面结构的损坏，由此会产生大量的裂缝、坑槽、面层松散甚至破碎，改变了公路的横向纵坡，其中新旧路基结合部的纵向裂缝是最常见和最危险的病害。当路面状况指数、结构承载力和平整度等性能指标下降到一定程度时，还会影响到车辆的行驶安全，降低道路的服务水平。路面损坏14路基加宽路段的主要病害路面损坏路面纵向裂缝15路基加宽路段的主要病害由改扩建工程新旧路基不均匀沉降、路基损坏等带来的路面结构的破损和道路横坡的改变，使得道路整体性能以及社会服务性能也逐渐下降。当路面的平整度达不到规范所要求的标准、正常的交通荷载已经超过了路面的承载能力时，会在正常行驶过程中感觉到明显的不适、颠簸，严重的情况会发生十分严重的安全隐患，造成巨大的经济损失。路面整体性能下降16路基加宽路段的主要病害路面整体性能下降路面不平整，性能下降17路基加宽路段的主要病害道路支挡结构失稳的主要表现形式为路基的挡土墙发生开裂、集体发生滑移和整体的倾覆。我国高速公路在改扩建时受地形、建设环境、土地征用等方面的综合制约，挡墙一般设置在原地面边坡较陡处以平衡新路堤的下滑。当土体本身不均和不连续、墙底受到雨水的淘刷和侵蚀以及人工削坡和其它外力荷载直接作用时，将引起支挡结构的损坏，进而影响到路基的强度和稳定性。支挡结构失稳18病害机理分析经调查分析，病害的发生不会是由于简单的单个因素决定的，而是在多种因素的共同作用下产生的结果，下面分别从新老路基间的不协调变形、路基的稳定性、新老路基之间的不良结合，施工质量与养护措施这几个主要方面分析其产生机理。19病害机理分析（1）新老路基自身的差异沉降道路拓宽改建时，老路基已经在自重和车辆荷载的作用下经历了主固结沉降、次固结沉降和蠕变压实的过程，沉降已经稳定。而拓宽改建的新路基，在填筑完成后同样需要经历三个时期的沉降，造成了新老路自身的差异沉降。根据西北地区新老路基差异沉降的调查，新老路基一般采用黄土填筑，黄土路基一般主固结沉降60%-70%在填筑一年内完成，而其他次固结沉降则需要数年时间完成。这种在不同时期存在的固结沉降也造成了新老路基本身的差异沉降。新老路基间的不协调变形20病害机理分析（2）新老路基下地基沉降的差异对于软弱土和软土地基段，由于在路基自重和汽车荷载产生的附加应力下，老路基下的地基已经达到应力平衡，其沉降已经稳定。对于拓宽道路新处理的地基，地基土体排水固结，沉降量大，造成了新老路基下地基沉降的差异。此外，由于拓宽地基改变了老路下地基的排水条件和受力状态，造成老路地基再次固结沉降，甚至出现由于新地基的处理施工，导致老路基被拉裂的工程病害。新老路基间的不协调变形21病害机理分析（1）陡坡路基和高填路基对于陡坡路基和高填路基，路基自身的稳定性是造成拓宽改建新老路基病害的一个主要原因。特别是陡坡路基或冲沟地段的路基，这种路基大多为半填半挖方式修建，路基中心和坡脚的沉降量存在明显差异。另外，陡坡或冲沟边坡存在潜在的滑裂面，在拓宽路基的影响下，导致局部或整体失稳。路基失稳22病害机理分析（2）地基存在软弱下卧层若地基存在软弱下卧层，如压缩系数大、流变性显著的软土，可能形成自结合面至软弱层顶面的滑动面。另外，软弱下卧层具有流变性，侧向变形非常大，软弱地基土向路堤外侧挤出，拓宽路基坡脚出现隆起现象，并伴随塑性区开展，最终导致路基失稳。路基失稳23病害机理分析（3）水损坏地下水位高度的变化也会引起路基的失稳。地下水上升造成地基或路基浸泡侵蚀，路基填料路用性能下降，导致路基失稳。地下水位的下降，打破了原有孔隙水压的平衡，造成地基再次固结沉降，同样地基会发生反盆形沉降量，引起路基失稳。路基失稳24病害机理分析（1）新老路基台阶衔接设计不合理，如台阶宽度、高度、形式等不合理，加筋材料铺设长度、间距等不合理。（2）拓宽路基填料性质较差，抗冲刷、渗透能力差等，施工压实度等控制不严等。（3）新老路基结合面处治不当，施工过程中未清表，对老路基病害未进行处理，新老路基结合面衔接不符合规定要求等。新老路基之间的不良结合25病害机理分析（1）在施工方面，杂物等清理不彻底、结合部路基表面土、路基填筑的太快、压实度不够、施工中排水措施不合理等。这些做法都会影响到加宽道路及新旧道路结合处的施工质量。施工质量和养护措施（2）养护措施不到位会进一步引发病害：道路的排水沟的养护处理不及时，造成淤塞的情况，这样就会使路基侧面淤积的水不能有效排出而渗入到路基。另外，路面经过长期的使用会局部出现裂缝，尤其是新老路基结合部发生的裂缝，路表水直接下渗，对路基造成严重损害，直接加速路基的变形和失稳。26防治病害的措施（1）轻质材料法轻质材料包括粉煤灰、珍珠岩制成的SLM、EPS材料等。调查发现，一些高速公路拓宽工程的新路基填筑材料就包括将粉煤灰掺入土体拌合而成的材料、SLM等新型复合材料与路基土充分拌合而成的材料，这种材料填筑的新路基其本身的重量比完全由土体填筑的路基轻，作用在新地基上的荷载也会相对减小，新地基就不会较大程度的被压缩。沪宁高速公路改扩建工程就用的EPS轻质材料，处理后的地基平均应力最小，而且随着路基填筑高度的提高，地基应力变化非常小，但EPS材料运用于路基处理时造价要比SLM和粉煤灰高。地基处治措施27防治病害的措施（2）排水固结法主要原理是在原来的地基土体中采用排水井、塑料排水板、真空预压等施工方法来排出土体中的水，降低施工路段的土的含水率，减小土的孔隙比，加快拓宽路基下地基的固结沉降速率，增加了新地基的抗剪切强度。地基处治措施28防治病害的措施（2）排水固结法大量的完工新建高速公路施工实践表明，地基土是非砂性土的地质条件，排水固结法是比较好的施工工艺。其可加快地基土的固结速率，效果比较好又可以控制工程造价。可以使固结度达到85%~95%，但是这种方法并不能有效的减小地基的总的沉降量，只能加快它的固结速率，在老路下地基已经固结完成的情况下，对拓宽部分的地基而言这种方法效果相对较差，因此在高速公路的改扩建工程中排水固结法具有一定的局限性。地基处治措施29防治病害的措施（3）复合地基法复合地基指按一定面积比例在天然地基中加入加筋材料，从而达到增强效果的一类地基，作用在地基上的垂直荷载不是单一受力而是由两者共同承担，以此来提高地基整体的压缩模量，增强基体共同承担路基路面以及行车所带来的荷载作用。地基处治措施30防治病害的措施（3）复合地基法实践证明，由于加入的加筋材料的作用，使地基的承载力得到大幅提高的同时压缩性也有较显著的减少，因此能够有效的控制加宽路基的沉降。目前，旋喷桩复合地基、CFG桩复合地基等，都是我们在工程实践中常用的复合地基，下表为两种方案的优缺点及应用工程实例。地基处治措施31防治病害的措施（3）复合地基法地基处治措施处理方案原理优缺点旋喷桩复合地基在基础处利用地质钻机钻孔达到要求的深度，再利用旋喷钻机，主要是喷头进行自下而上的旋转喷射水泥浆，使水泥与地基中的介质形成整体，硬化地质，提高承载力。桩与桩间土都可以承担上部荷载的作用，摩擦力要比一般的桩基大，桩体强度较一般混凝土桩低，承载过程中存在较大的竖向变形以及径向的变形。CFG桩复合地基由水泥、煤粉灰和碎石或石屑形成的一种可变强度桩，与褥热垫层形成一种刚性复合地基。可以显著降低地基沉降，提高地基承载能力。刚性桩承载能力强，可以有效的减少沉降，稳定性强，施工程序相对容易。成本较高，褥垫层效果有时难以保证。32防治病害的措施（1）提高路基土的压实度无论是新建还是改扩建工程，路基土的压实度都是一个很重要因素。新老路基结合处的压实不像新建路基主体那样大型压路机可以碾压，在台阶外侧30cm以内的地方大型压路机是碾压不到的，如果使用小型压路机的话，此处的压实度又达不到压实度要求，为了减小新老路基的不均匀沉降和提高其稳定性，拼接结合处的压实度要比一般的路基主体高出一个标准。路基处治措施33防治病害的措施（1）提高路基土的压实度目前有些工程采用冲击碾压的方法，施工快、效率高、作用范围大，能更好地控制工后不均匀沉降，提高新老路基的整体性，比传统的压实机械有更好的压实功效。工程实践证明这种方法对于提高路基结合处的压实度是切实有效可行的，不过冲击碾压法对新老路基结合处的老路边界具有一定的破坏作用，而且在承载力不足的地段不适宜用此方法来提高路基的压实度。路基处治措施34防治病害的措施（2）结合处削坡及开挖台阶台阶开挖形式有两种：一种是首先对老路的边坡进行削坡处理，削坡需要达到何种效果视现场实际情况而定，并要考虑路基的总体质量和地基的情况；另一种是在完成老路基边坡表层清理工作之后，直接在此基础上进行台阶开挖相关工作。路基处治措施（a）先削坡后开挖台阶（b）不削坡直接开挖台阶35防治