公路拓宽工程主要病害及机理分析

。公路拓宽工程主要病害及机理分析肖华溪李亮(中南大学土木建筑学院湖南长沙410075)摘要当高速公路不能满足日益增长的运营需求,拓宽改建已成为满足这一需求的有效方法。通过对现有公路拓宽工程中所出现病害的调查与分析,得出了病害产生的机理及路基循环破坏模式,并提出了预防病害的措施。关键词道路拓宽地基病害软基地基处理机理分析0前言国民经济飞速发展,促进公路交通持续增长。特别是沿海地区及一些中大型城市道路,原有公路的许多路段已趋于饱和,通行能力不能满足日益增长的交通量的需求,进行道路拓宽迫在眉睫。例如广佛(广州至佛山)高速公路已于1999年进行了拓宽[1],杭甬(杭州至宁波)高速公路于2001年拓宽[2],沪宁(上海至南京)高速公路也于2004年拓宽[3]等。拓宽工程与新建工程不同,为了尽可能地减少施工对道路交通的影响,工程具有施工速度快,工期短等特点。另外,拓宽路堤荷载会对既有道路产生较大影响,引起道路不均匀沉降,从而导致老路路面和新老路面交接处出现纵向裂缝,并在新老路堤之间产生差异沉降,导致路堤开裂、路面破坏等病害。本文在总结现有公路拓宽方式及出现的各种病害的基础上,重点对公路拓宽过程中产生的病害机理进行研究,提出预防病害的有效方法。1拓宽的形式根据我国基本国情,由于新建公路投资较大,占用土地较多,因此我国公路的扩建应以老路拓宽的方式为主。公路拓宽,就是在已有公路的两侧或一侧拓宽出几条车道。在已有公路两侧对称地拓宽出几条车道的拓宽方式,称为双侧(对称)拓宽;在已有公路一侧拓宽出几条车道的拓宽方式,称为单侧拓宽,如图1。(a)双侧拓宽(b)单侧拓宽图1道路拓宽形式图此外,采用高架和中间分隔带预留等也是道路拓宽的几种特殊形式。道路的拼接可分为分离式拼接和直接式拼接两种,如图2。(a)直接式拼接(b)分离式拼接图2道路拼接形式图2主要病害在我国,公路拓宽工程主要在沿海经济发达地区,拓宽工程的病害较多,相当一部分拓宽工程都需面对软基处理。2·1差异沉降新老路基间的差异沉降是公路拓宽的主要病害。由于老路基固结基本完成,造成新路基沉降量大于老路基沉降量,导致拓宽工程会产生沿新老路基结合面滑移和新填路基的整体失稳。路基的差异变形又通过路面结构反映到路表上,导致路面结构的损坏。沥青路面会在交接处产生纵向裂缝、面层破碎等。水泥混凝土路面会在结合面附近出现扩展的纵向裂缝或横向裂缝、错台等,进一步发展会引起板底唧泥、脱空等。2·2路面裂缝随着新老路基间差异沉降的产生,道路结构性能和服务性能也随之下降,当路面状况指数、结构承载力、平整度等下降到一定程度时,还将影响行车安全。陈玉良等[4]通过对宁溧公路、南京绕城公路等拓宽道路纵向裂缝比较严重的典型路段的调查,病害具有如下特点:(1)裂缝均集中在高路堤拓宽路段;(2)出现裂缝的拓宽部位,一般均存在软土层、水塘、低洼地;(3)裂缝所在位置均发生在老路上;(4)裂缝产生时间一般在工后三个月,裂缝稳定时间不一。3病害机理分析3·1产生模式拓宽工程中产生病害最主要的原因是新老路基致交接处的开裂,裂后雨水下渗至路基,降低路基的强度。又因车流荷载的作用,进一步地扩展交接处裂缝,给雨水的渗入打开了更宽的通道,形成了一个恶性循环的破坏。拓宽工程病害一般会遵循这样一个循环破坏模式:差异沉降→交接处开裂→雨水下渗→路基强度降低→交接处进一步开裂→循环破坏,加速路基的破坏。3·2产生原因黄琴龙等[5]~[7]对重庆和上海旧路拓宽的病害研究表明,影响旧路拓宽工程的主要因素有:新老路基间的不协调变形、新老路基之间的不良结合、路基路面整体抗变形能力、路基稳定性,以及水文、地质条件等。拓宽工程路基病害的发生不是单因素决定的,而是多种因素共同作用的结果。(1)新老路基之间的沉降差异是产生纵向裂缝的主要原因。新老路基地基修筑时间不同,老路地基经多年荷载作用,沉降变形已经基本稳定;而新路地基在施工过程以及竣工通车后都将有较大的沉降变形发生,新老路基产生不均匀变形。(2)新老路基强度和刚度的差异:新旧路修筑年代不同,路基填料不可能完全相同。填料经自身重量、路面和车辆等荷载的作用,老路基已经基本被压实,而新路基的填料虽然严格压实,仍有塑性累积变形的存在;同时,新老路基采用的施工方法和工艺不同,公路等级和标准也有很大的差异。(3)交接处处理措施不当:新老路基交接处是拓宽工程的最薄弱部位,最容易发生路基病害。如果交接处表面土体强度不足、台阶开挖不合理以及加筋处治不当等,将会导致拓宽路基沿结合面产生滑移,在交接处路面产生纵向裂缝。公路拓宽工程病害的成因是多方面的,但新老路基之间的不良结合和差异沉降是最根本的原因,也是路基拓宽工程中的主要控制因素。因此,在公路拓宽工程中必须采取切实有效的工程技术措施,减小地基的不均匀沉降,保证新老路基的强度、刚度和整体稳定性,加强新老路基交接处的处治措施,减少拓宽工程路基的病害发生。4预防病害的措施4·1已有的软基处理方法公路拓宽扩建工程具有工期较紧、场地狭窄,要维持正常的交通运输等特点,必须根据软基地质条件,选择经济、快速、可靠的处理方法。表1为我国主要高速公路拓宽工程的软基处理方法。表1我国高速公路的主要软基处理方法表拓宽工程原路堤处理方法拓宽路堤处理方法广佛高速公路袋装砂井加砂垫层或砂垫层粉喷桩(部分旋喷桩)加砂垫层沪杭甬高速公路塑料排水板+堆载预压、粉煤灰路堤预压、塑料排水板+等载预压、粉喷桩、路堤桩+土工格栅沈大高速公路塑料排水板、预压固结塑料排水板、预压固结海南环岛东线未处理或抛填片石简单处理粉喷桩杭宁高速二期超载预压、塑料排水板+复合土工布粉喷桩+土工格栅、轻质粉煤灰路堤沪宁高速公路清淤换土、塑料排水板、堆载预压、粉喷桩、粉煤灰路堤粉喷桩、湿喷桩、预应力薄壁管桩、EPS轻质路堤南京绕城高速公路塑料排水板、袋装砂井、预压固结、粉喷桩粉喷桩、湿喷桩、CFG桩、现浇薄壁管桩、低标号素混凝土桩4·2软基处理方法4·2·1拓宽路堤的处理采用适当的工程措施,增加拓宽路堤的强度及减轻拓宽路堤的重量。措施包括:(1)在新老路基交接处采用土工格栅可以有效地预防差异沉降。通常将原有路基边坡挖成一定宽度的内倾台阶后,沿道路纵向铺筑一定幅宽的土工格栅,使得土工格栅一半位于原有路基上,另一半位于新填路基上。(2)加大格栅用量,采用刚度较大的土工格室,必要时还可向老路基中植入筋带加强新老路基间的连接。4·2·2路堤地基的处理(1)地基处理措施。在软土地基上的公路拓宽工程,应对交接处的软土地基进行重点处理。可采用超载预压、加密加长粉喷桩、旋喷桩、预应力或现浇薄壁管桩和隔离墙等方法。(2)施工措施。边坡削坡:路基填土往往位于老路基边坡上,因而必须对老路基边坡按一定坡度削坡,削坡的方式有自下而上和自上而下两种,但削坡必须满足施工期间的路基稳定要求;台阶开挖:按照要求开挖内倾台阶,台阶数量尽可能多,为新老路基的衔接提供更多接触面,更利于新老路基的结合;防水措施:开挖老路基边坡后要截断路面水,特别是超高路段,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;填料选择:根据区域的料源情况合理选择填料,填料的物理力学特性要与老路基填料相近。5结语本文通过对现有公路拓宽工程病害的调查分析,得出了病害产生的机理以及拓宽路基病害的循环破坏模式,即:差异沉降→交接处开裂→雨水下渗→路基强度降低→交接处进一步开裂→循环破坏,并提出了预防病害的工程措施,可供同类工程参考。参考文献:[1]苏阳.广佛高速公路扩建工程软基路段施工简介[J]·水运工程,2001,325(2):51-56.[2]贾宁,陈仁朋等.杭甬高速公路拓宽工程理论分析及监测[J].岩土工程学报,2004,26(6):755-760.[3]徐泽中,苏超等.锡澄与沪宁高速公路拼接段地基处理设计[J].水利水电科技进展,1998,18(2):49-51.[4]陈玉良等.公路拓宽改建工程路面纵向开裂原因及防治[J].华东公路,2003,140(1):38-41.[5]黄琴龙等.新老路基不协调变形模拟试验研究[J].公路交通·205·肖华溪等:公路拓宽工程主要病害及机理分析