高速公路扩建工程新老路结合部路床加固技术

高速公路扩建工程新老路结合部路床加固技术余常俊(路桥集团第二公路工程局东盟营造工程有限公司陕西西安710075)摘要针对新老路基拼接施工中引起的不均匀沉降以及新老路面结合部易产生的纵向裂缝，对高速公路扩建工程新老路面结合部的处理机理进行了分析。通过沪宁高速公路扩建工程中路床加固实例，总结了深层软土地基上高速公路扩建工程路面施工中关键部位的处治技术。关键词高速公路扩建路床加固扩建高速公路，由于新老路基间存在着沉降和变形差异，可能在新老路结合部产生纵向裂缝，造成路面结构层的层底脱空，从而使路面结构层在行车作用下处于不利的受力状态。因此应对新老路结合部路床进行加固处理，以减小其沉降和变形差异，延长扩建后道路的使用寿命。下面就我公司承建的沪宁高速公路扩建工程新老路结合部路床的处理情况作一介绍。1概述沪宁高速公路江苏段位于经济发达的长江三角洲，主线全长248.216km，自1996年9月全线建成通车以来，为构筑全省现代化快速通道、促进江苏经济的发展，产生了积极的引导作用。随着地区经济的快速发展，沪宁线上的交通量，年平均增长达到30％，由于超载、重载车辆增多，路面局部破坏严重，大大降低了路面使用功能。为了适应经济陕速发展的需求，沪宁高速公路扩建工程建设指挥部采用“两侧拼接加宽为主、局部分离加宽”的办法，将高速公路主线由双向4车道扩建为双向8车道，主线路基全宽42．50m，每侧加宽路基8．25m；分离式路基宽度13．50m。新老路结合部的施工质量，是整个道路扩建工程的关键。旧的路堤是以粉质土填筑而成的，老路肩是当初施工碾压的薄弱环节，由于软土地基不均匀沉降以及前期的设计、施工技术水平等因素的影响，老路的排水系统已部分受损，路面局部出现裂缝、沉陷、坑槽、车辙等多种病害。在扩建工程中处理路面病害时发现，底基层、基层、沥青上中下面层不同程度地存在纵横向或网状裂缝，说明扩建施工中仅凭“台阶法”施工已不可能将结合部的隐患完全消除。为此，在新老底基层拼接施工前，需要对结合部范围进行特殊处理，即以第二车道与第三车道分界线为基准线，沿公路横轴线方向，往新拼宽路基外侧对宽1．5～5．5m、深20cm范围的路床进行掺灰铣刨、加铺土工格栅碾压处理，然后从事新老路面的拼接施工(见图1)。2处理机理(1)老路基施工时间已达10年之久，其沉降基本趋于稳定，扩建过程中，新的路基材料堆积，仍可能会加剧原地面的不平衡状态，特别是在深层软土地基上从事高速公路改扩建工程，新老路堤拼接荷载将会造成新老路基结合部与原路堤中心之间差异沉降，这个沉降差值是造成第3车道的路基、路面拉裂的突变点。因此必须在第2车道与第3车道结合部采取合 理的技术处理措施，减小危害。(2)路基顶面约150cm范围内的土层，强烈地感受到行车荷载的反复作用和水温的干湿、冻融循环的影响，易受破坏。对已有路面结构层的修补往往以目测其破坏程度决定。在维修养护时，往往经修补、罩面掩饰了中下面层或基层的受损情况。在扩建工程施工又不可能将老路面结构层全部翻新。对新老路面结构的差异沉降难免造成雨水渗入路基；在季节性冰冻地区，会引起冻胀和翻浆，破坏路面结构，影响行车。新老路基拼接完成之后，在第2车道与第3。车道下面的路床上铺设缓凝水泥，通过铣刨机铣刨对原路床石灰土的粉碎作用，将水泥均匀地拌合到石灰土中，形成新的水泥混合料，经过碾压达到96％的密实度，可有效地阻止雨水渗入新老路结合部，减少或消除水害。(3)土工格栅是由合成材料组成的有规则的网状结构，具有强度高、韧性好、耐腐蚀、抗老化、抗挤压、摩擦系数大等特点。有关资料显示，土工格栅在露天情况下可使用15年以上，埋于地下寿命可超过25年。将土工格栅置于路基土中，土工格栅与土体间的相互嵌锁、粘结作用，能在土壤中形成连锁结构，起到加筋骨架的作用。路床加固部分就形成了由水泥石灰稳定土+土工格栅所组成的复合板块材料，高抗拉性和阻水性使加筋的水泥混合料的强度远远高于无筋的石灰土。(4)为了提高老路基强度、保证新建路面下路基强度的均匀性，提供一种能在同一环境下承受交通荷载的路面整体结构层，除了改进组成路面结构层的材料外，在结合部沿路线方向20cm×400cm范围对石灰土进行铣刨掺2％的缓凝水泥+土工格栅处理，能进一步提高路基的承载力，可以有效地阻止路面雨水渗入，对于该处路基的水稳定性防止新老路结合部纵向裂缝影响重大。3施工3．1路床加固工艺流程(见图2)3．2施工机械一个作业面的施工机械如下。(1)160型平地机1台、50型装载机1台、18～21t铁三轮压路机1台、XP260型胶轮压路机1台、YZ-18J振动压路机1台、120型推土机1台、挖掘机1台。(2)进口自动找平铣刨机2台，要求铣刨宽度1．9～2．1m，铣刨最大深度t>30cm；铣刨面平整度≤8mm，铣刨深度≤1．0cm。3．3施工要点(1)相关检查。路床加固前，应对新拼接路基工程进行全面检查、验收，包括路线偏位、宽度、纵横坡度、高程、平整度等等；对于结合部渗水或发生弹簧的段落，要对其局部挖除、晾干，换填8％的灰土，碾压达到96％的密实度；用BZZ-100标准车以规定的频率检查，按 检测时的环境条件推算弯沉值(保证率为97．7％)要求不得大于设计弯沉值。(2)测量放样。在有良好的交通组织的前提下，按设计要求以第2、第3车道分界线为基准，向路基外侧1．5m处作为路床处理的内边缘线，继续向外延伸4m作为路床处理的外边缘线进行划线，确定处理范围。(3)用挖掘机挖除处理范围内老路床顶面以上部分，在人工配合下清除在拆除防撞护栏立柱时残留在路堤中的断裂部分，并将隐埋在老路肩中的沥青块、混凝土块、腐质土及杂物清理干净。(4)测定加固区土的含水量，计算加水量。每10～20m取1组试样，特殊地段增加取样数量。用烘干法或燃烧法测定石灰土的含水量W0，通过击实试验得出水泥混合料的最佳含水量W；铣刨作业过程中由铣刨机的机载电脑控制加水，加水量按(1)式估算。(5)铣刨作业。施工前要对路床表面进行清扫、洒水碾压，以清除浮土、干裂、不平整问题，再在加固处理范围内打方格，然后在方格内按计算水泥用量均匀摊铺缓凝水泥，用铣刨机按同一方向一前一后铣刨指定的路床部分。铣刨前调整好铣刨机的铣刨深度，通过铣刨作业，将路床石灰土粉碎并将缓凝水泥均匀混合在石灰土中形成新的水泥混合料，铣刨下来的混合料通过铣刨机的输送带自动地输送到新拼接的路基上堆放。铣刨时，铣刨机前进的速度要根据铣刨的效果来确定，以免行走速度过快，在水泥混合料中出现土疙瘩现象影响稳定土的整体质量。与桥梁结构物的连接处必须仔细操作，必要时可由人工配合整修。铣刨过程中由铣刨机操作手按照计算加水量调整加水器，自动均匀加水，如气温变化应适当调整加水量，将混合料的含水量控制在最佳含水量±2％以内，以保证混合料满足碾压要求。(6)槽口内处理。铣刨槽中不得有松散料或杂物，在铺设土工格栅前，用18～21t铁三轮压路机对铣刨后的槽底静压2～3遍至无轮迹。如发现有轮迹或有弹簧现象要及时换填8％的灰土，当发现槽底面过于潮湿可用底基层材料补齐并充分碾压达到96％的密实度，然后进入下道工序。一般情况下，应用铁三轮压路机将槽底静压2—3遍，再将幅宽4m的土工格栅的一侧钉牢，另一侧将土工格栅拉紧，铺设过程中要保证土工格栅的连续性和不出现褶皱。在混合料摊铺之前，任何机动车辆不得在已拉紧并固定好的土工格栅上碾压，以免对土工格栅产生推移或破坏，影响施工质量。最后用装载机和平地机将混合好的水泥稳定土推到槽内，整平后按初平稳压、精平振压成型的方式碾压密实，在检测密实度合格后，用土工布覆盖、洒水养护。路床处理完毕，24小时内不得从事底基层施工，也不得有任何机械设备在上面行走，并要洒水养护，保持表面湿润。(7)质量验收。在施工过程中用滴定法按规范要求的频率检查水泥含量，施工结束按规定标准对处理后路床进行验收。4注意事项(1)应抓紧晴好天气从事路床加固作业，风大易造成水泥的损失，不宜进行掺灰铣刨，同时一定要用方格法布水泥，以免灰剂量不均匀，影响处理质量；雨季施工时，应在无雨天气进行，高速公路路面的汇水面积较大，弯道位置的汇水量更大，雨后施工前，应检查老路沥青面层的掺水情况，并重新测定处理范围内路床土的含水量，加固处理的长度要适中，以免突然下大雨造成槽内积水，影响处理效果；晴天进行铣刨作业时，也要重新对路基土的含水量进行测定，以确定是否加水。当气温较高时，应及时调整含水量，根据土工格栅的铺设速 度确定铣刨速度并及时回填、整平、碾压、养护。(2)施工时要注意交通组织工作，各工序要责任到人并适当调整施工段落的长度，以保证水泥混合料的存放时间不超过初凝时间。5结语(1)路床处理施工中，要适当考虑以往施工机械的压实功效，选择与其压实功能相匹配的施工机械。以压实度作为最终检测的控制手段是明智的，但不可人为地加大压实功能，造成新老路基结合部产生人为沉降或拉裂。(2)对路床的石灰土铣刨掺加水泥+土工格栅处理，可以有效地加强新老路基间的结合力，减小不均匀沉降，与其他工程措施相比较，成本低、经济效益较好。(3)路床处理施工中，对于局部含水量偏大的地段，不可能将老的路床全部换填，当时有些标段用底基层料进行部分换填实属权宜之计。10年前后路基施工水平和质量存在差异，路床处理的宽度和深度究竟应该是多少，是值得大家探讨的问题。建议对处理范围内严重渗水的地段用粉体喷射搅拌桩法按lm的间距呈梅花形布置处理4～8m深，以加固处理范围内老路床部分。其上再按本文所述的办法进行加固，效果会更好些。