一、高等级公路改扩建新老路基变形不协调控制技术 基于新老路基的修筑历史、施工工艺和填筑材料的不同，在其顶面不可避免地会产生变形不协调，继而导致加宽路基或路面出现相应的病害。为保证加宽路基和路面能够顺利投入运行，必须采取相关措施来减小或控制变形不协调，或者提高路面结构对变形不协调的适应能力。·   1.变形不协调控制技术分类   按照对新老路基变形不协调处治措施的部位来划分，其控制技术划分为三类，即路基内部处治、外部处治和综合处治(表3－1)。新老路基结合面处理和加筋路基的主要作用是增强新老路基结合部的结合强度，防止因结合部强度不足而发生滑移；填料及压实控制的主要作用是提高加宽路基的整体刚度并减小由于加宽路基自身压缩变形而引起的变形不协调；轻质路堤、支挡结构和地基处理分别从减小路基自重和增强地基抗变形能力的角度来减小地基的固结变形引起的变形不协调；综合处治则是整体控制变形不协调。   　　　　　　　　　　　变形不协调控制技术分类 　　                 表3-1       新老路基结合部的结合强度是涉及到加宽路基稳定的问题，是高等级公路改扩建路基加宽工程都必须解决的问题。地基地质条件良好的路堤加宽，在加宽荷载作用下，地基固结变形很小，新加宽路基的自身压缩变形决定着新老路基变形不协调程度，因此加宽路基填料及压实度的控制成为关键；对于地基地质条件不好的路堤加宽，变形不协调主要是由于在加宽路基荷载作用下的地基固结变形所引起的，因此，应选用合理的地基处理方法或选用轻质路堤技术。因此，高等级公路改扩建路基加宽应根据具体的工程地质特点，选择经济有效的变形不协调的控制技术措施。   2.增强新老路基结合部强度的工程技术措施   (1)新老路基结合面处理工程技术   路基加宽工程中，新填路基填筑前应对老路与新路交界的边坡坡面和部分地基表面进行预处理，一般处理方法如下。   ①清除原地面上的植被、树根以及表层富含有机质的腐殖土。如果直接在其上进行新路基填筑，这些有机质植被、树根日后腐烂消解，一则会在交界面处形成空隙而产生附加沉降，二则会污染周围填料(软化土体强度)，导致周围形成一个潜在的危险滑裂面，发生路堤失稳。   ②老路与新路交界的边坡坡面0.3m厚度范围内以及外侧路肩0.5m范围内应挖除换填。因为该处往往由于长期暴露在大气中，受到干湿循环、水流冲刷、大气侵蚀等气候影响，加上该处老路施工时压实质量不佳，外侧又没有侧限效应，路基压实度会明显低于其他部位。如果不处理会在该交界面产生薄弱界面，路基整体抗变形能力下降，新老路基不协调变形增加，导致新老路基结合不良。   ③老路与新路交界的坡面上应挖设台阶(图3－9)，台阶设成向内倾斜3％左右的坡度。为保证新老路基良好结合，通常将老路边坡坡度处理为1：1～1：1.5，每级台阶宽度宜不小于1.0m，高度在0.6～1.0m左右。   (2)路基加筋处理工程技术   为提高新老路基之间的结合强度，公路改扩建加宽工程广泛地采用路基加筋技术(图3－10)。目前应用较多的加筋材料为土工格栅，其加筋机理包括三个方面：土工格栅的表面与土产生的摩擦作用；土工格栅肋条和结点产生被动抗阻作用；由于网孔的存在，网格上层的填料与下层的填料可以相互作用，对土产生锁定作用。因此，在新老路基结合部铺设土工格栅可增强土体的抗剪强度和抗弯刚度，约束路基的侧向位移。同时，土工格栅与土颗粒之间的作用产生应力效应。在上部荷载作用下，~2E格栅的张力产生的拉力承担了部分土体的竖直应力和水平应力，并将荷载应力较均匀地扩散到较大的范围内，减小了应力的过分集中而造成新填路基的土体坍滑变形，增强了新老土体的整体性，降低了新填路基地基的不均匀沉降。若控制土工格栅的设计应变(延伸率)在10％以下，土工格栅几乎不产生蠕变。       　　　　　图3－9　新老路基衔接处开挖台阶　　　　　　图3－10　某高等级公路加宽改建路堤加筋设计图www.tmgc8.com   另外，在软土地区铺设土工格栅可以发挥其抗拉性能。在土体侧向位移较大的情况下，通过与加筋填料的摩阻力来限制土体的侧向变形和路堤边坡外的隆起，对减小变形不协调起着重要的作用。所以，路基加筋也是一种减小地基固结变形的有效措施。   二、高等级公路改扩建路基加宽施工重点与难点 高等级公路在改扩建施工过程中，既要确保既有公路畅通，又要确保施工安全、质量及工期，施工难度非常大。高等级公路改扩建路基加宽施工重点与难点主要体现在如下方面。   1.选择与确定合理有效的施工方案   路基加宽工程是一个特殊的工程，是在开挖老路基边坡，同时又要在作业面狭窄的空间进行施工。施工材料、机具设备、人员进出都不是很方便，设备搬运困难，大型设备无法顺利开展工作，设备利用率很低，左右两幅还要设置两条便道。因此，必须选择与确定合理有效的施工方案，使工、料、机达到合理匹配，满足质量和工期要求的目的。   2.选择与确定合理有效的软土地基处理方法   当路线通过软土地基时，为了确保新老路基的工后沉降和不均匀沉降满足要求，保证路面不发生纵向裂缝，如何针对不同的软土地基情况(软基厚度、硬壳层厚度、地下水位)、加宽路基高度，选择合理有效的软土地基方法非常关键。因此，软基处理是工程重点，在地基处理过程中应尽量减少对老路路基的扰动。   3.新老路基有效衔接技术   新老路基的有效衔接是确保整个加宽工程质量的关键。在与老路基的有效衔接施工中，应将老路堤边坡一定范围内路基质量低劣的土体挖除，并将边坡开挖成一定高度和宽度的台阶，并在台阶顶面铺设一层土工格栅。在施工中若发现老路基有渗水现象或其他不良状况时，还应采取增设盲沟等措施及时进行处理，但应尽量减少对老路基的扰动，确保新老路基拼接质量。   三、改扩建路基施工参数与质量控制方法 1.高等级公路改扩建路基加宽施工工艺   1)清表   受压实机械、设计标准的限制，在多年雨雪侵蚀下，老路的密实度一般小于规范要求。并且由于基底长年受到水的浸泡，边坡一定范围内路基的稳定性较差，所以要将距离边坡一定范围内的土体清理后再进行地基处理施工。清理工作包括对老路基两侧施工范围内进行伐树、挖根、除草等。   2)刷坡   从旧路面与硬路肩交界处下挖至新路面底基层底面高程处，第一平台宽1.0m，然后把老   路的边坡进行刷坡，再按1：1.5的边坡向下挖。将有泄水槽的位置闪开，以利于排水和保证老路基受降水冲刷时不坍塌。清刷下来的填料一律弃掉。   按照“满负荷匹配工作法”的施工方案，路堤边坡开挖应逐段清表、逐段挖除、逐段填筑。同时，段落应适当，不能过长。为了减少和避免挖除后台阶上部的土方坍塌，雨季施工时应尽量压缩工作面，并在每层施工完成后在台阶部堆放松填筑料，做成一定的缓坡，坊止坍塌。待下一层施工时，用推土机将该部分填料推开，防止雨水冲刷等而引起路堤开裂及滑坍。   3)地基处理   (1)清淤换填   对于路线通过芦苇软基地段，由于区域内软土地基含水量较大，地下水位较高，路基加宽部分基底填前碾压要达到规定的压实度标准较为困难，施工时应采取清淤换填的地基处理方法。   先将地表苇根挖除，再在两侧填筑高于常水位1.0m，顶宽5.0m的挡水坝。将施工地段地表水抽干，边抽边施工，将上部软土、淤泥、泥炭层全部挖除，换填砂砾土分层夯实，并在底部加铺50cm砂砾石垫层。开挖施工时采用1：1.5放坡系数放坡开挖，用反铲挖掘机挖土，配合自卸汽车外运至弃土场。当挖深小于4.0m时，一次开挖到底；超过4.0m时，应分两层开挖。开挖到设计底面高程以上约15cm厚时进行人工清底。   开挖深度要求：软土应开挖到原一级路砂砾垫层的底部的硬塑土层(即挖除芦根后硬塑土的高程)。www.tmgc8.com   开挖宽度要求：硬路肩至加宽后路肩边缘向外2m以外。   换填厚度要求：下部50cm用大粒径砾石换填，其上用一般砂砾换填。填至基底后可加铺一层土工格栅。   换填宽度要求：底部50cm砂砾要与旧路接上，外侧宽出路基边缘200cm。   为确保新加宽路基工后沉降满足设计要求，应按照要求进行沉降观测。   (2)塑料排水板处理   ①塑料排水板地基处理施工工艺。   a.施工准备。按前所述进行清淤工作，待人工整平后插板机械即可开始施工。   b.在已放样确定的加固区范围内，用经纬仪和钢尺按正三角形布置塑料排水板打设板位，并用竹签或排水板芯等插入砂垫层作标记。   c.插板机移动定位，安装排水板桩靴。施打作业时，插板机操作人员控制好插板机桩靴的落地定位，其误差应小于土50mm。   d.垂直下插套管至设计高程。施工操作人员根据安装在插板机上的吊垂针和刻度盘，控制桩管下插时的垂直度偏差不得大于1.5％。   e.拔套管至套管下端高出砂垫层面50cm。   f.切割排水板，控制排水板在砂垫层顶面以上的外露长度为20～30cm。   g.移机进行下一根排水板施工。   h.塑料排水板施工完成后，应先进行自检，待自检合格后再由监理工程师验收。   i.塑料排水板验收合格后，及时清除套管附带上来的淤泥，用砂料回填打设时在排水板周围形成的孔洞，并将排水板埋置于砂垫层中。   塑料排水板施工工艺流程见图3－11。       图3－11　塑料排水板施工工艺流程图   ②塑料排水板施工质量控制措施   塑料排水板施工质量控制措施主要有板材控制、板位控制、垂直度控制、深度控制、回带控制、板头污染处理、施工后场地处理、施工现场管理等。   a.板材控制   严禁使用存在板体断裂或滤膜撕破等现象的排水板，且不允许接长使用。遇到一中间板体断裂或滤膜撕破的排水板，施工时应将损坏部分割除，再将剩余两端头连接进行施工。计算结头位置，当其进入导管时，将接头拔出割去，避免打入地基中。   b.板位控制   首先根据中桩放出塑料排水板所要布置区域的大框架，放好纵向线，然后在施工时根据导管到履带的距离确定所要放桩的排数，并按设计间距沿横向线放出各桩位。以1.2m×l.2m桩为例，静压式一次可放四排，而振动式只可放一排，如果一次放桩过多，会被履带压乱，常会造成点位偏差。   c.垂直度控制   打设垂直度主要依赖导管机架在打设过程中始终与水平面保持垂直来实现。试验中，通过在插板机导管机架两侧挂线锤来控制打设垂直度。吊线长大于2m，在吊锤线下端机架处固定标识牌，且标识牌上刻有垂直线及两侧允许偏差1.5％的控制线。现场打设前，如两个方向的吊锤线均控制在允许偏差线内即可进行插板作业。   d.深度控制   深度控制方法有两种：对于静压式插板机，当导管底与砂面接触时，在链条上做一标记并在插板机架上用红漆或点焊做好相应的明显打设深度标记，当链条上的标记与机架上的标记重合时便是设计深度；对于振动式插板机或因打设深度过大致使现场施工员无法看清机架标记时，可等导管打设达到设计深度时，在导管露出砂面部分与机架上同一高度处做红漆标记，且其位置应在操作手视野内。在链条或导管上做好深度标识，既方便现场施工员控制深度，也方便操作手操作。   e.回带控制   上拔插板套管时，施工人员应仔细观察排水板有无回带现象，若回带长度超过50cm，则在板位近旁补打一根。回带长度大于50cm的排水板根数不超过打设总根数的5％。   塑料排水板回带与排水板下端土质情况有很大关系，土质较弱时，回带容易出现。施工时，静压式插板机板头反向扭结，中间横插一根20cm插塑板(横向对折，简称“插鞘”，振动式插板机下端为一钢筋作插鞘)。一方面，塑料排水板未进入硬塑层容易产生回带。因软塑层难以将塑料排水板固定在预定深度，所以施工时无论是静压式或振动式必须深入硬塑层，方可避免回带。若塑料排水板打设至设计深度后但未进入硬塑层，则应继续打设至导管伸人困难或履带整体抬起。另一方面，若导管中存在淤泥，塑料排水板被卡在导管内也会产生回带。因此，应经常清除导管中淤泥并灌水，以避免回带。www.tmgc8.com   f.板头污染处理   塑料排水板在施工过程中不可避免地存在板头污染的情况，尤其是振动式施工对板头污染较大。无论是板芯还是滤膜被污染都会对下一步工作中的竖向排水起较大的影响。目前的处理方法只有人工处理，将滤膜清洗，并将沟槽中的淤泥掏出。   g.施工后场地处理   静压式插板机打设完后约留下直径15cm的孔洞。振动式施工形成的孔洞较大，直径有20一25cm。两者均会带出软塑层泥土，且聚集在孔周围，若不及时清除，机子移位时会将泥土混进砂垫层中，污染砂垫层，减弱横向排水通道的作用。施工完成后，应及时清除孔周围泥土，并用中砂回填孔洞使其密实。   h.施工现场管理   插塑板机现场管理采用“一机一人”制管理，插板机工作全过程均应有现场旁站兼记录，技术员现场全过程巡视。旁站施工员主要监督工艺、参数及控制方法的落实情况，派专人做好施工原始记录，详细记载塑料排水板打设深度、板位误差、垂直度、外露长度、回带及补打、机械状态等情况，以备抽查。技术员的主要工作是：检查旁站人员是否在场，随时检查记录是否完善，并解决当场出现的技术及质量问题。   4)挖台阶   (1)老路面清表应从旧路面与硬路肩交接处下挖至新路面底基层底面高程处，向外留1.25m的平台(土工格栅宽度的一半)，然后按1:1.5的边坡下挖。挖后须先清理边坡虚土，然后挖1.0m×l.5m的台阶，台阶底面向路中心横坡3％。   (2)对旧路边坡进行挖台阶作业，以防止新挖台阶受到雨水冲刷及完工后不均匀沉降。作业时要随路基的填筑施工分层进行，严禁一次性完成。   (3)已经完成挖台阶作业的施工段落，要立即组织填筑，防止新挖的台阶受到雨水冲刷。如在降雨来临前不能完成段落的填筑，要采用覆盖塑料薄膜的措施加以防护。   (4)结合挖台阶确定冲击碾压作业面。   (5)冲击碾压施工的层面台阶宽度原则上应大于lm，冲击碾压后的第一层填料厚度应控制在25cm。   5)填筑、碾压   (1)采用分层填筑，每层松铺厚度不超过30cra；并要注意新老路基结合部位的路基土含水量，含水量过大时，要经过晾晒处理。   (2)冲击碾压第一层填料后，按照不同的段落和处理方法埋设或加宽部分沉降观测仪，加强观测，以便给新路基填筑提供参考依据。   (3)新填筑的加宽路基必须使用级配良好的砂砾填筑。   (4)分层填筑，分层碾压，提高压实标准，各深度层次的压实度比标准提高一个百分点。   (5)路床顶面以下80cm范围内填料的最大粒径不应大于10cm；路堤顶面以下80cm填料   的最大粒径不应大于15cm。   (6)每段填料碾压完毕，可将上一层的填料堆放在已开挖的边坡处形成反压荷载，以稳定老的路基，同时避免因边坡开挖面长时间暴露，受到雨水直接冲刷。特别在雨季施工时，施工段落不宜太长。为防止老边坡开挖后来不及填筑，除堆放反压材料外，还可用防雨布对暴露地段进行大面积遮盖，以防暴雨直接冲刷边坡，造成老路堤坍方，影响正常营运，甚至引发重特大交通事故。   (7)在新老路基结合部位，每填筑两层(压实厚度50cm)用冲击式压路机进行充分压实。在冲击碾压不到的部位用强夯进行处理。新老路基每填筑四层(压实厚度100cm)用冲击式压路机充分碾压全断面。   (8)新老路基结合处，除清表挖台阶外，可在表层铺设塑料土工格栅，增加连接能力。   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iT格栅，使得土工格栅一半位于原有路基上，另十半位于新填路基上，铺设方案如下：   ①施工前应对拟用的土工格栅进行试验。其各项指标应符合国家标准《土工合成材料塑料土工格栅》(GB／T 17689－1999)和有关设计图纸规定，并经监理批准同意后方可使用。   www.tmgc8.com ②铺设之前要将超填的路基清理到正确高程，并保证路基顶面平整，表面严禁有碎、块石   等坚硬凸出物，距表面8cm以内的路堤填料最大粒径不得大于6cm。用冲击碾碾压10遍，然后用平地机刮平，再用18t重型压路机碾压，直至达到规定的压实度为止。   ③土工格栅铺设时应进行人工拉紧，使之平整、均匀、紧贴下承层，不允许有褶皱，可采用U形钉或方木桩等固定于填土层表面。沿路基横向必须按整幅设计宽度进行铺设，不允许出现接头；纵向搭接处要密贴、牢固，用尼龙线呈“之”字形绑扎牢固，不允许有翘曲现象，其叠合长度不小于15cm。   ④严禁车辆机械在已铺设好并张紧定位的土工格栅上直接碾压。现场施工中发现土工格栅有任何破损、老化、污染的不允许使用。   ⑤土工格栅存放时，应密闭保存。铺设以后应及时填筑填料，正常情况下间隔不应超过48h，以避免其受到阳光过长时间的直接暴晒，使其性能劣化。   ⑥土工格栅铺设完成后，要全断面填筑顶层填料。土工格栅采用人工填料整平，先静压2遍，然后再进行振动碾压，直至达到规定的压实度为止。一切施工机械只允许沿路堤的轴线方向行驶。   (9)路基填筑宽度应比设计宽度超宽30cm，采用网格法控制土料数量，填料的虚铺厚度一般不宜大于30cm。由于施工作业场地狭窄，将局部路基适当加宽，设1～2个“错车台”，便于施工车辆让道。   (10)为了减小新加宽路基的工后沉降，路基达到距路床顶25cm的高程后采用冲击压路机补压，以提高路基的密实度、强度及均匀性。   (11)加宽路基填筑完成后，采用砂砾土超载预压，超载高度为2.0m，边坡1：1。   6)检测   新老路基结合部的压实度检测频率要大于一般情况下路基填筑时的抽检频率，以保证结合部位达到良好的拼接效果。一般是平整后先稳压，后重型振压，最后静压光面，然后进行压实度的检测工作。如此往复直至完成路基填筑。应先铺筑试验段，待试验成功后确定施工工艺控制虚铺厚度和碾压遍数。   7)超载预压   为了加速新填路基的沉降，应对新填路基部分边超压，其上堆积砂砾土，高度为2.0m，边坡1：1。采用双曲线法进行沉降预测，当路基工后沉降小于20cm时，才可以进行路面工程施工。   2.施工参数与质量控制标准   由于现有的路基施工技术体系建立在普通细粒土基础之上，是否适用于砂砾石填料有待检验。根据已有的砂砾石填料施工经验，采用振动压路机和静压压路机进行了组合。从压路机的压实参数、砂砾石填料最大粒径以及砂砾石填料颗粒级配三个方面进行了试验和分析。   1)振动压路机压实参数的确定   采用振动压路机可以明显看到砂砾石填料的压实效果，例如13t的振动压路机振动与静   止时的土中应力比可以达到5：1。   如图3－12所示为不同振动压路机的压力分布曲线。       图3-12　不同振动压路机的压力分布曲线   由图3－12可见，压实效果和振动压路机的吨位以及填筑层厚密切相关。在试验中采用了最大激振力为50t的压路机。考虑12t振动压路机在国内施工单位得到了广泛应用，因此采用国产YZJl2振动压路机进行对比试验研究，该型号压路机最大激振力为25t。   (1)振动压路机振动频率的选择   当外界激振力频率和物体的自振频率接近时，物体所受到的振动最大。因此，应调整压路机的激振频率和砂砾石填料的自振频率一致为佳，常见填料的自振频率见表3－2。对照表3－22，对于现场所采用的砂砾石填料，将振动压路机的频率调整到30Hz为宜。   　　　　　　　　常见路堤填料自振频率            　   　　   表3-2       (2)振动压路机振幅选择   在其他条件一定的情况下，砂砾石填料所受到的压实作用随振幅的加大而显著提高。因此，应在机械允许范围内尽量增大振动压路机的振幅，但最大振幅受限于机械设计限制和使用寿命的要求，一般调整到1.5～1.8mm之间为宜。www.tmgc8.com   (3)振动压路机碾压速度   考虑技术要求和经济合理性的统一：一方面，压路机行走速度越慢，则在单位时间内施加到砂砾石填料上的压实功越大；另一方面，过慢的速度会造成压路机工作效率的降低。因此，综合确定碾压速度为2～4km／h。   对于砂砾石填料，宜采用振动压路机碾压施工。通过合理设定压路机的激振力、振动频率、振动幅度以及碾压速度等参数来实现较好的碾压效果。   2)施工机械施工组合方案   (1)方案Ⅰ：采用12t静压机进行初压，采用50t振动压路机施工至砂砾石填料碾压面无明显轨迹时为止，然后用12t静压机进行碾压，保证碾压面的平整度。   (2)方案Ⅱ：采用12t静压机进行初压，采用YZJl2振动压路机施工至砂砾石填料碾压面无明显轨迹时为止，然后用12t静压机进行碾压，保证碾压面的平整度。   (3)方案Ⅲ：仅简单采用12t静压机碾压至表面无沉降时为止。   3)路堤碾压试验结果及分析   (1)压实干密度和压沉值指标   按照上述施工机械组合方案进行试验段砂砾石填料的碾压试验，分别测定相应的压实干密度和压沉值，得到的试验结果见表3－3～表3－5。   层厚30cm施工机械组合Ⅰ压实检测结果　　　　　　表3－3   碾压遍数  0-2  2-4  4-6  6-8   压沉值（mm）  11.3  3.1  2.1  2.2   压实干密度（g/cm3）  2.04  2.11  2.14  2.14     层厚30cm施工机械组合Ⅱ压实检测结果　　　　　　表3－4   碾压遍数  0-2  2-4  4-6   压沉值（mm）  9.8  2.9  2.7   压实干密度（g/cm3）  1.97  2.06  2.07     层厚30cm施工机械组合Ⅲ压实检测结果　　　　　　表3－5   碾压遍数  0-2  2-4  4-6  6-8   压沉值（mm）  6.1  3.1  2.9  2.5   压实干密度（g/cm3）  1.89  1.92  1.97  1.96         由试验段碾压测试结果可以看出：压实效果最好的是采用50t振动压路机下的施工，效果最差的为单独采用普通12t静压机进行的压实；结果对比可以看出，普通静载压路机不适用于砂砾石填料的施工；在进行灌水法测定干密度试验开挖时，可以明显地看到按照机械组合HI施工后在路堤中存在较多的孔洞，同样说明了该施工机具是不适用的。   (2)碾压遍数的确定   碾压遍数的确定应以路堤填筑层表面不再出现明显轮迹(路堤顶面最后一遍碾压沉降量平均值在3mm以内)，同时结合相应干密度综合考虑。   由图3－13、图3－14可得到结论如下：       图3－13　碾压遍数与压实干密度关系           图3－14　碾压遍数与压沉值关系   ①碾压遍数的确定应该考虑现场施工机械组合，且其与压路机碾压参数、填筑层厚、最大粒径、压实标准密切相关；   ②压实干密度随碾压遍数的增加而增加，且各控制指标之间存在一定的相关性，其变化均为开始时增加较快，而迅速地趋向于稳定；   ③在上述施工方案中，一般进行6～8次碾压后基本稳定，因此碾压遍数应不少于6遍。www.tmgc8.com  
上一篇：雨雪灾害天气下水泥混凝土路面病害防治