加宽路基差异沉降对半刚性沥青路面的影响

崔冀龙

（邢台华辰交通建设监理咨询有限公司，河北 邢台 054000）

0 引言

在既有公路改扩建工程中，已有公路路基在长期的行车荷载作用下，固结沉降过程基本完成，处于相对稳定状态，而扩建部分路基在外部荷载作用下仍会发生沉降，导致新旧路基交接部分出现不均匀沉降，在设计施工过程中需要对新旧路基交接部分的沉降值进行严格控制。

1 工程概况

拉林-五常段公路是国家公路网中的重要组成部分，既有公路的等级低、损害严重，已经不能满足日常的交通需求，因此本文以拉林-五常段公路扩建工程为工程背景，对典型断面下新旧路基的工程地质情况进行勘察，并将各试验段勘探试验结果进行对比分析。拉林-五常段公路全长约80km，其中改扩建路基段大约56km，既有路面中全沥青路面和水泥混凝土路面比值月6∶4，本文以沥青混凝土路段为研究对象，分析在公路扩建过程中不均匀沉降对施工的影响。

改扩建后路基为整体式横断面，主线等级为3 级标准，路基宽度25m，路肩宽度3.75m，中央分隔带宽2.5m，共4 个行车道。路面采用半刚性沥青混凝土路面，其中：上面层为5cm 中粒式沥青混凝土、下面层为7cm 粗粒式沥青混凝土、基层为20cm 厚的6%水泥稳定基层、底基层为30cm 厚的5%水泥稳定基层、垫层为中粗砂垫层。

2 加宽路基沉降变形特性研究

2.1 路基加宽形式及其特点

常见的公路路基加宽形式有两种，一种是既有道路预留工程的再建设，包括重要建筑物、路段两侧的预留施工，及路基中央两车道预留施工，如图1所示。另外一种是既有道路未预留工程的再次扩建，常见的有在既有旧路基的单侧或两侧进行加宽的形式，如图2所示。

图1 中央两车道预留扩建

图2 单侧加宽路基

在进行公路扩建时，根据公路路网的规划、当地经济分布及交通的需求选择合理的公路改扩建方式。合理的公路改扩建方式，可以对既有的老路基进行充分利用，既节约了大量的资源，又结合了既有公路建设的建设条件和交通需求，能够满足远期的公路路网规划要求。

不同的公路加宽方式有各自的优点及缺点。双侧加宽路基是在原有路基的两侧施工，扩建路基的平纵线形和路拱横坡和原有路基保持一致，其工程量较小，能最大限度减少新的用地面积。与单侧加宽技术相比，双侧加宽技术两侧路基的加宽宽度较小，受力条件更好，新旧路基后期的不均匀沉降也更小。但由于双侧加宽施工的作业面较小，施工质量不易控制，新旧路基交界处容易开裂，且随着施工宽度的增加，路基沉降逐渐向道路两侧发展，从而影响路基的整体稳定性。

单侧路基加宽具有施工作业面大，便于机械化施工，施工质量容易控制及路基的整体稳定性好等优点。但由于原有路基的构造问题，导致在新旧路基交接处路面结构的厚度不均匀，施工难度大，且容易发生破坏。针对不同的工程情况选择不同的路基加宽方式，当原有公路的等级较低，且加宽厚度不大时，可选择单侧加宽方式，但当加宽车道数量较多时，多选取双侧加宽措施。

2.2 路基加宽的工程措施

在进行公路路基加宽过程中，需要对原有路基边坡进行处理，从而破坏了原有路基的地应力平衡，可能会引起新旧路基之间的不均匀沉降，严重时则会出现路面开裂，严重影响公路运营期的形成安全，因此，在进行公路既有路基加宽时，需要从路基的压实及填料选择、旧路堤边坡处理、台阶开挖及合理运用土工材料等方面减小新旧路基的不均匀沉降。

2.2.1 路基的压实及填料选择

路基填料的力学特性是影响路基沉降的重要影响因素之一，因此在进行路基填料选择时，在控制施工成本的前提条件下，尽可能选择CBR 值高、轻质的填料作为路基填料。新路基填料的材料特性除了强度外，还应密度小、便于压实，严格控制其压实度是减少新老路基差异沉降、保证新老路基稳定结合的关键。

在公路路基扩建施工中，多选择和旧路基填料相同的材料，对新旧路基交接部位还需要进行特殊处理，以提高其压实质量。同时，新路基填料本身的自重是引起新旧路基交接部位不均匀沉降的影响因素之一，应尽量选择轻质材料对新路基边坡进行处理，如粉煤灰、EPS等。

2.2.2 旧路堤边坡削坡与台阶开挖方式

在进行新路基填筑前，工程中为了减少新、旧路基间的差异沉降，往往对旧路边坡进行削坡处理，然后在旧路基边坡上进行台阶开挖，从而进一步提高新旧路基之间的接触面积，提高两者之间的相互作用力，同时还可为土工格栅提供锚固区域，并且便于施工碾压。在底台阶下的地基进行一定的处理，进一步提高路基的整体稳定性。在实际施工过程中，开挖台阶的高度控制在80cm以下，宽度在100～200cm左右，根据旧路基的形式及性质，可以适当增加台阶的尺寸。

2.2.3 合理运用土工材料

在路基加宽工程中，当既有路基的高度较大时，不仅需要进行削坡、开挖台阶处理，还需要在新旧路基结合部位铺设土工格栅，加强新、旧路间的联系，减小路基土体应力水平，对于因路基横向变形过大导致的路基开裂能起到较好的作用。

路基扩建施工过程中常用的土工材料为土工格栅，作为一种土工聚合物，土工格栅和压实后的路基图形成复合土体，在外荷载作用下，土工格栅和路基土之间的剪应力共同抵抗变形，且土工格栅的刚度较大，土工格栅承受的拉应力较大，而路基土承受的应力降低，从而提高了路基的整体稳定性。土工格栅可以降低路基的侧向变形和坡脚处地基的隆起，从而减小新、旧路基间的不均匀沉降。

2.3 监测仪器的埋设

路基差异性沉降对路基的施工质量影响较大，本文以K12+100 断面为监测对象，在新旧路肩下埋设沉降管，在坡脚处埋设测斜管，如图3 所示，并定期对测管进行观测记录。

图3 测点布置图

3 监测结果分析及不均匀沉降标准控制

3.1 路基沉降分析

图4～图5为K12+100断面新旧路肩下沉降观测点的沉降值。由图4～5可知，随着路堤的加载，路基的沉降量逐渐变大，1号沉降管的下部的沉降值最大，达到6.0cm，这是由于随着路基的填筑，下层所受荷载最大。2号沉降管的沉降量从上到下表现为依次减小。

图4 1号沉降管沉降监测曲线

图5 2号沉降管沉降监测曲线

3.2 不均匀沉降控制标准

在进行既有路基加宽施工过程中，需防止不均匀沉降给道路横坡及路面平整度带来的影响，进而影响扩建路面的使用功能：道路横坡坡度会对道路的等级及路面排水带来影响，而路面平整度则是影响行车舒适度和道路服务水平的因素，因此，在施工过程中应严格控制道路的路拱横坡及路面平整度。

3.2.1 路拱横坡的要求

在进行道路横断面设计时，路基的不均匀沉降会导致道路横坡的坡度变大或变小，如图6～图7所示。

图6 道路横坡变大

图7 道路横坡变小

由图6～图7 可知，道路横坡变大或变小都会对公路的排水性能造成影响，从而降低行车舒适性，甚至会危害行车安全。因此，在进行道路横断面设计时，应充分考虑道路横坡坡度变化带来的影响，给道路横坡变化预留一定的范围，以保证路基的不均匀沉降仍在规范规定的标准范围内。对于路基沉降不断变大的情况，如图6 所示，在进行设计时可将横坡的坡度控制在1%范围以内，在公路建设初期可能会对道路排水带来一定的影响，但从长远来看，随着新建路基下地基土的固结沉降，道路横向的坡度会逐渐增大，从而满足道路的实际排水功能；当路基沉降逐渐减小时，如图7 所示，在进行设计时可取横坡的坡度设计值偏大，为2%，随着沉降的完成，既可以保证路面的排水要求，又能保证路拱横坡的最大坡度。

综上，在进行道路横断面设计时，可选择路拱横坡为1.5%，当路基沉降逐渐减小或增大时都有较好的适应性，待沉降稳定后，横坡坡度指标仍在规范要求的范围内，且路面能同时满足排水和行驶舒适性的要求。

3.2.2 路面平整度要求

除了新建路基的横坡坡度外，还需要控制路面的平整度，防止因沉降不均匀而出现路面起伏不定的情况，从而降低行车舒适性和驾驶时的安全性。对于高等级的公路，平整度的要求更为严格，目前对道路平整度验收的方法和仪器有很多，由于道路的地质条件、施工工艺及填筑材料的不同，导致检测方法也各不相同，检测结果也很难进行横向比较，平整度指标并不统一。

我国关于高等级公路的平整度标准有标准差和平整度指数，未考虑路基填料之间的空隙。鉴于高等级公路的施工标准与机场跑道相近，因此本文将高等级公路平整度的选取指标与机场跑道保持一致。对于新建路面，3m 直尺下最大间隙不超过3mm；对于已有路面，3m 直尺下最大间隙不超过10mm。对于改扩建路基，平整度的容许边坡率为因此，新旧路基沉降所产生的边坡率控制在0.47%以内，即可以满足路面的功能性要求。

4 结语

在既有公路改扩建过程中，新旧路基交界处的不均匀沉降是影响公路路面舒适性及行车安全的主要因素，在施工过程中需要重点关注。本文以拉林-五常段公路扩建工程为工程背景，对加宽路基的沉降变形特性进行了研究，并通过对典型断面处新旧路基沉降值的监测，提出了在施工过程中减少不均匀沉降对半刚性沥青路面的影响的工程措施，得到控制路基不均匀沉降的控制标准：路拱横坡控制在1.5%左右，平整度的边坡率不大于0.47%。