摘要：新旧公路的拼接分整体拼接和分离拼接两种，文章根据《公路路基设计规范》的设计标准，对上述两种技术的设计与施工进行分析探讨。
关键词：地基处理；拼接技术；整体；分离；处理工艺
1 新旧路基拼接的设计标准
新建拼接路基后,拼接路基以边载形式作用于旧路基而引起旧路基的附加沉降量,如果附加沉降量过大,势必引起旧路基横坡的改变,根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)(以下简称《规范》)的要求[2],路基拼接时,应控制新旧路基之间的差异沉降,原有路基与拓宽路基的路拱横坡度的工后增大值不应大于0.5%。此外,对于采用分离拼接方式的路基,地基的工后沉降量应满足规范要求[2],即桥头容许工后沉降量Sr≤10cm,一般构造物及过渡段容许工后沉降量Sr≤20cm,一般路段容许工后沉降量Sr≤30cm。
另外,沉降计算方法应能模拟分级加载、竖向和侧向变形及渗流的影响,因此宜采用二维分析方法进行固结和沉降的计算。
2 整体拼接技术
2.1 地质条件好的路段可不进行特殊地基处理
对于地质条件好,通过计算不需地基处理即可满足要求的路段,在清除地表耕植土及边坡腐质土后,应先对原地基进行压实,而后即可进行路基土方填筑,路基压实度应满足《规范》的要求;此外,还需在原有边坡上开挖台阶,台阶宽度不小于1.0m,台阶底应有2%～4%向内倾斜的横坡。
2.2 碎石垫层的处理工艺
对于地质条件一般,通过计算,沉降量不是很大,但又不满足规范规定的对工后沉降量的要求,在此情况下可考虑采用砂砾垫层(碎石垫层)加土工格栅及土工布处理。经过碎石垫层处理后,地基表面形成排水通道,地基固结既有水平方向,又有垂直方向,从而形成三维固结,加快固结速率;必要时还需在路堤填筑过程中实施等载预压或超载预压,使固结沉降提前完成,从而减少工后沉降量,此外还需满足原路基横坡改变的要求。除了对原有边坡应开挖台阶外,还需在台阶处加铺土工格栅,使新旧路基拼接时新路基引起旧路基的附加应力分布均匀,具体施工方案如图1所示。
图1 碎石垫层处理方案(单位:cm)
此外,砂砾垫层(碎石垫层)的质量应满足相应规范对材料的要求。
2.3 复合地基的处理工艺
当计算出的沉降量较大,此时浅层处理已无法满足工程要求,以至影响到旧路基的正常运营和使用,此时就需要对新路基下的软土进行深层加固。一般情况下采用复合地基处理,以提高地基承载力和减小软弱土地基上部的沉降量,从而减少新路基的总沉降量,将旧路基产生的附加沉降量减小到最低限度。
复合地基处理方法通常有深层搅拌桩、振冲碎石桩等。深层搅拌桩适用于地质较差的饱和粘性土,固化剂经与软土搅拌后产生一系列的物理和化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土,从而提高地基强度和增大变形量。振冲碎石桩分为振冲置换法和振冲密实法两类,振冲置换法适用于处理一般的粘性土,具有排水、加筋及垫层等作用;振冲密实法适用于处理砂土和粉土等地基,具有挤密、排水降压及防止地震液化等作用。复合地基的加固深度应根据地质钻孔资料,经计算后确定,如果软弱土地基不是特别厚,一般情况下以打穿软土层为宜。有时为了加强排水效果,在复合地基顶部再加铺砂砾垫层(碎石垫层)加土工格栅及土工布处理,以加快地基的固结速率。
另外,为了减小新路基的修建对旧路基产生的影响,除了旧路基的原始边坡应开挖成台阶状外,在台阶底部应铺设土工格栅,以增加横向抗拉能力。具体施工方案如图2所示。
图2 复合地基处理方案(单位:cm)
2.4 工程案例应用
某高速公路在运营七年后,由于交通量增长较快,已不能满足运营要求,故对其实施双侧加宽方案。某一断面路堤高4m,地基上部为灰黄色亚粘土,层厚约1.0m,呈可塑至软塑状;第二层淤泥质亚粘土,层厚约2.0m,呈软塑至流塑状;第三层灰黄色亚粘土,层厚约4.0～5.0m,呈可塑至硬塑状;第四层灰色、灰黑色粉砂,饱和,呈中密至稍密状,层厚4.0m;第五层灰黄色亚粘土,呈可塑至硬塑状,未穿透。
加宽地基处理方案采用粉喷桩复合地基处理,桩长8.0m,间距1.3m,桩体喷水泥55kg/延米。
施工前在老路设置若干沉降观测断面,每一沉降观测断面又设置中央分隔带边缘、行车道及路肩3个沉降观测点。经过施工期及竣工后1年的连续沉降观测,老路中央分隔带累计沉降8～15mm,行车道12～20mm,路肩15～29mm,路面基本无纵向裂缝,说明设计是比较合理的。
3 分离拼接技术
在公路扩建过程中,由于受已建结构物的限制,直接拼接不能满足扩建要求时,就需进行分离式路基设计,由于新建路基距旧路基较近,势必会造成新路基的修建对旧路基产生附加沉降,此时,应采用二维有限元进行固结与沉降计算,若新路基的修建对旧路基几乎没有影响或影响不大的路段,按一般路基进行设计将不在此赘述,下面对必须进行特殊处理的路基进行详细阐述。
3.1 地基处理工艺
对于地质条件特别差的路段,采用高压喷射注浆形成沉降隔离墙的地基处理方案。
高压喷射注浆是先利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置,然后将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出,冲击破坏土体,高压流切割搅碎的土层,呈颗粒状分散,一部分被浆液和水带出钻孔,另一部分则与浆液搅拌混合,随着浆液的凝固,组成具有一定强度和刚度的固结体。
沉降隔离墙就是利用高压喷射注浆工艺,在旧路基和新路基之间形成人工复合墙体,将新路基与旧路基分离开来,力争减小由于新路基的兴建对旧路基产生的附加影响。沉降隔离墙的厚度、宽度、深度及施工控制指标应根据土工试验资料,采用二维的固结和沉降有限元理论,对其进行仿真模拟计算。具体方案参见图3所示。
图3 分离式拼接段地基处理方案
分离式沉降隔离墙的设计要求墙体能承受由于新路基施工所产生的沉降对隔离墙所引发的负摩阻力和阻挡土方填筑对旧路基土体固结的影响。
3.2 地基喷射注浆处理工艺
(1)搭接处理工艺。一般情况下,沉降隔离墙较高,高压喷射注浆管不能一次提升完成,这势必造成注浆间断。为防止注浆间断造成沉降隔离墙体内出现软弱夹层,并影响隔离墙的均匀性,需进行搭接处理,即换管后进行复喷。
(2)摆喷成墙工艺。一般情况下,墙体搭接处理厚度不小于20cm,平均厚度不小于17cm,墙体倾斜率小于1%。为保证墙体厚度,经生产试验合理确定采用的摆喷角度和摆喷时间。
4 其它建议
(1)采用直接拼接技术时,如果该拼接段的沉降量较小,地基不经特殊处理或换填处理即可满足设计要求,当沉降量较大时,需做复合地基处理即可。
(2)采用分离拼接技术时,如果地质条件较差,需作沉降隔离墙等特殊处理才可满足设计要求。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准.JTJ017—96公路软土地基路堤设计与施工技术规范.北京:人民交通出版社,1997
[2] 中华人民共和国行业标准.JTGD30—2004公路路基设计规范.北京:人民交通出版社,2004
