改扩建公路路基病害及控制技术

陈 康

（中交第四公路工程局有限公司,北京 100022）

0 前言

改扩建公路病害在很大程度上会影响公路使用安全性，为了消除这一隐患，在对旧路基进行改扩建时，须加强施工技术控制，在技术层面上防范路害形成，从而提高改扩建公路使用质量以及后期安全性。

1 改扩建公路常见路基病害成因

改扩建公路最常见病害主要为路基开裂、坍塌、车辙以及边坡冲刷等。由于旧路基固结沉降变形趋于稳定，新建路基受到车辆荷载影响沉降变形量较大，容易形成开裂和车辙等路害。尤其是结构物位置设置钢板桩，拆除后必然出现不均匀沉降，形成路害问题（如图1）。以下就常见路害成因予以分析。

图1 不均匀沉降示意图

1.1 温度因素

路基开裂主要呈现纵向裂纹或裂缝，多与土层填料处理不当有关，由于填料压实度不符合规范、分层厚度把控不严，导致后期积水渗漏，破坏路基内部结构紧密性。温度是路基开裂路害的关键诱发原因，受到白昼温差大、填料温度变化不均匀影响，造成路基形成横向开裂。随着道路使用时间增加，路基缝隙逐渐扩大，最终突破路基强度极限，导致路基失稳甚至坍塌。

1.2 沉降变形

旧路基沉降变形直接影响路基平整度，路基沉降量计算公式如式（1）：——变形均值。

式中，σ——路基变形标准差；di——竖向变形量；

根据公式可知，σ值增大表示路基沉降变形严重，路基沉降变形量主要受到路基高度影响，随着路基高度增加沉降变形也会增加，详见图2。因此对于路基高度超过5 m的路段需要采取科学有效的技术手段，控制沉降量预防路害形成，提升路基稳定性。

图2 路基高度与差异沉降值折线图

1.3 强度差异

改扩建工程由于新旧路基荷载能力不统一，可能引起路基坍塌，需准确测量新旧路基强度指标，根据回弹模量变化趋势掌握新旧路基承载力，保证新旧路基强度适中，回弹模量计算如下：

式中，D——路基中承载板直径（常取值30）；Pi——压强；Li——回弹变形量；μ0——路基土泊松比（常取值0.35）。

为保证新旧路基荷载统一，需要对比回弹模量差异情况，可通过对路基土稠度及土质特征的控制调整路基强度，避免强度差异影响下产生病害[1]。

1.4 边坡失稳

改扩建施工对原有路基实施拓宽处理，会导致现有边坡失稳，出现边坡滑坡等问题。随着边坡植被以及其他防护设施的拆除，造成边坡支护削弱，更容易受到雨水冲刷发生边坡失稳，从而诱发坍塌、沉降等病害[2]。

2 工程概况

以四川省某改扩建公路项目为例，该项目位于盆地丘陵地带，施工区域横跨8°谷坡，50 m谷宽，横纵向坡度1°，地表处以农田为主。按照1∶1边坡比进行设计，周边易形成积水。现场地质为软弱地基，以人工填土、黏性土、粉质土、粉砂泥岩为主，填筑高度预计为18.18 m。该工程属于软弱地基，改扩建施工更应重视路基填料。该文基于对常见路害分析，总结该工程路害防范技术要点。

3 改扩建公路路基病害控制技术关键点

3.1 路基填料开挖技术

对于软弱地基改扩建工程应利用路基填料技术提升路基强度，防治路基坍塌等病害。施工前应依据公路建设等级，严格把控填料质量，判断填料强度（CRB）、粒径参数范围。选择高品质填料，材料到场后进行质量抽检，核对填料粒径是否达标，借助试验测试填料强度，确保填料质量符合要求。该项目填料参数如表1所示。

表1 填料参数

验证填料质量后进行作业，应保证填料均匀分布，以机械填料为主，人工调整为辅，保证路基填料均匀。选择砂土填料时应控制液限指标在50%以上，可塑指数＞26，以达到控制沉降差的目的。

开挖作业也应最大限度上规避影响旧路基稳定性，采取台阶开挖方式，每个台阶宽度控制在1.5 m左右，高度控制在0.3 m左右，保证台阶开挖均匀展开，降低对旧路基的影响，不会破坏路段完整结构。改扩建公路中以路基填料开挖技术应对路基病害风险时，还要注重技术交底，并且针对不同填料优选适合的运输工具。例如在该工程中可以考虑以自卸车以及推土机为主，促使填料快速进场。对于新建公路路基处形成的路堤，需要设置高低两种不同路堤，而且也要充分结合填料参数确定开挖步骤。通常需要按照先处理路基下层面，而后运输填料，依据整平作业、压实作业以及精平施工步骤有序完成改扩建任务，保持新建路基稳定性和原有路基相同，避免因路基平整度以及压实度差异，造成路基连接处出现缝隙。在开挖作业中理应选择挖掘机作为开挖工具，之后搭配自卸车，在10 km范围内有秩序地进行路基施工作业。工程中涉及粉质黏土成分，要求施工员借助机械设备对粉质黏土进行清理，并选用质量合格的填料对开挖后现场土层进行压实。该项技术应用环节形成的土方废置材料，包括废渣、建筑垃圾等，都要用挖掘机与自卸车运输，且运输距离应在10 km左右，避免改建后的路基受周边废置物的影响，再度出现质量隐患或干扰公路通行安全。

3.2 微型桩灰土桩技术

采用微型桩灰土桩联合技术可以通过搭设桩体方式夯实路基，提高路基稳定性，预防路肩墙形成沉降和裂缝[3]。

首先需要确认路基加固位置，以梅花形布局方式加固（如图3）。该工程在改扩建路段搭设径长0.6 m、长度8 m的灰土桩，形成桩中心间距1.2 m的梅花形布局。固定后利用填料（含有70%黏土）实施回填加固处理。回填过程中应严格控制回填厚度，以≤0.2 m为标准，保证回填均匀提高路基压实度；其次，以排列式布局铺设微型桩，桩体之间保持1 m的间隔距离，使用12 m长，15 cm孔径的微型桩搭配钢混材料，平稳固定在指定位置。需注意的是应当设置伸缩缝预防沉降变形，伸缩缝间距控制在10 m左右；最后，需要设置挡墙。该工程设置2 m×1.5 m×5 m的挡墙，使旧路基作为挡墙原始面，并设计为陡坡，使用三七灰土进行加固处理，加固层为50 cm，可全面预防雷雨天气下形成积水下渗。施工期间也需要注意修复旧路基周边结构，以保证路基稳定性，使路基建设质量得以提升，提高新旧路基强度达标率。

图3 灰土桩布置示意图

3.3 土工格栅铺设技术

应用土工格栅铺设技术通过合理设计土工格栅铺设结构，依据填料高度确定格栅结构，可以全面提高铺设后路基质量。同时在土工格栅辅助下可改善路基强度，促使新旧路基强度差异缩小。主要依据填料高度确定土工格栅铺设技术应用，其分类标准为2 m、3 m、5 m、8 m。在填料高度为2~3 m范围内，以钢塑材质的土工格栅为主，铺设1层，铺设位置为路床底面，填料高度为3~5 m时，应铺设1层，选择钢塑材质的格栅，于路床底面进行作业。此外其他高度均以钢塑材质材料为主，铺设位置在路基中心8 m以上填料高度区域，需要对台阶实施合理铺设。在土工格栅助力下，路基底面具有坚实的稳固度。但对路基实施压实处理时，容易出现土工格栅偏移。需要使用锁扣式材料固定格栅，在减小位置偏差的同时，始终将路基强度控制在80 Pa以上，保证符合预计强度参数要求[4]。另外要求土工格栅铺设区域内的路基底面至少要比预计压实度大1%。一旦路基出现超挖情况，铺设后需测量界面两侧距离，一般需＞5 m，施工期间应当对铺设点位进行标记，以便于后续施工时加以注意。

关于土工格栅铺设技术的合理运用，还要注重施工细节的控制，比如施工员需要先行确定加宽范围，为了保证该工程中路基质量优良，可以考虑以每侧0.5 m的加宽距离进行设计，之后还要借助压路机以及夯锤等带有压实功能的机械设备，对基底面进行加固处理。若在检测中发现部分作业面存在不均匀或者凹凸不平的情况，需要对其实施压平操作。对于粗砂层，可以将其厚度控制在0.3 m，保持两次以上的静压频率。在土工格栅铺设阶段，既要保持平整度，又要控制好搭接宽度，多为20 cm。为了保证土工格栅铺设后结构完好，且稳固度强，还可以使用“U形钉”强化固定效果。施工员需要始终与技术员保持沟通，随时从工况反馈结果中知晓技术变更方向。

3.4 压实衔接碾压技术

无论是强度差异还是沉降变形导致的路害，都与路基压实度存在密切联系。施工期间需利用压实衔接碾压技术控制压实度，使其符合改扩建质量标准。该项目在施工过程中根据改建后设计等级要求，确保新建加宽路基的压实度及强度满足要求，保证新建路基存在大于原有路基2%左右的压实度，表2为该工程新建路基与原有路基实测压实度对比表。

表2 新建路基与原有路基实测压实度对比表

路基碾压作业为了避免新旧路基形成裂缝或者出现衔接不到位情况，要对新旧路基强度进行检测，保持一致后方可确定碾压合格。初次碾压时，主要是对扩建区填料平整度、填料分布均匀度进行控制。在二次碾压时，采取压路机等机械设备保持每小时2 km碾压速度，通过逐渐增速方式增加路基压实度。终压阶段对压实度不牢或者平整度低区域进行找平处理，经过碾压（速度多为每小时3 km）后，保证扩建区域内的路基压实度达标。碾压结束后，需要对新旧路基衔接性加以检验，很多改扩建工程由于新路基建设后与旧路基存在缝隙，致使两个路基逐渐产生强度差异，最终严重破坏公路路基整体稳定性。因此，应当先期检查边坡稳定性，以免对路基造成外部干扰。施工中严格监控开挖填筑等行为，保证填料充足均匀，决不允许私自挖掘边坡，避免边坡形成凹坑破坏原有边坡稳定性。新旧路基衔接区域需要经过测定多项指标后，保证衔接区域强度达标，防范路基裂缝问题的发生。施工员联合技术员在对该工程中的新旧路基进行改良设计时，在压实衔接作业中，也要充分借助核子密度仪，对压实度实施跟踪监测，一旦不达标，需要指导施工员继续使用机械设备进行高频压实，而且也要保持压实轨迹的有效控制。为了体现出良好的压实面衔接效果，可以利用“S形”轨迹有序予以压实。按照此种轨迹可避免产生空白重叠面，在此工程中负责操作压路机等设备的人员需深度了解工艺标准。

4 结论

综上所述，在改扩建公路施工中，采用填料开挖、微型桩灰土桩、土工格栅、压实衔接碾压控制技术后，可防范路基病害形成。在路基填料施工中要严控密实度，根据现场作业条件灵活应用不同技术。未来还需要积极引进无损检测技术，进行过程性质量检测，指导现场作业的开展。