软土路基拼宽设计研究

崔龙飞

（南阳通途公路勘察设计有限公司，河南 南阳 473000）

1 引言

随着我国经济社会的快速发展，交通基础设施的建设步伐日益加快，尤其是公路交通，作为连接城乡、促进区域经济发展的重要纽带，其建设质量和效率受到了社会各界的广泛关注。在公路建设中，路基是公路的基石，其设计合理性和施工质量控制直接关系到公路的使用性能和安全性。特别是在软土地区，由于软土具有强度低、压缩性高、透水性差等特点，使得软土路基的设计和施工成为公路建设的重点和难点[1]。为使高速公路的通行性能有所提升，缓解道路交通压力，常采用改扩建的方式进行道路升级改造，比起传统的新建道路的方式，能使占用的土地资源大大减少，并使建设成本得到降低。但是在拓宽道路之后，特别是拓宽软土地基道路投入使用后，常会遇到桥头跳车和横向裂缝等问题。为避免拼宽后的道路出现这些问题，有必要对其开展针对性的研究，以得出相应的解决措施，为相关设计研究提供理论依据，确保施工质量。

2 一般路基拼宽设计

2.1 面临的问题

当前拓宽软土路基常常会面临以下3 种问题。

1）位于滨海路段的软土一般都是海相沉积，有厚度较深、天然含水率较高和孔隙比较大等，并且具有较长的沉降周期以及较大的沉降等。在这种土质下进行拼宽施工将增大其上部荷载，导致路基出现附加压力，最终表现为新旧路基出现差异沉降。

2）在拼宽路基中，新老路基结合位置需要较为复杂的施工处理，有较大的施工难度，且难以控制施工质量，该位置土层的密度较难符合设计要求，也更容易出现裂缝[2]。

3）对路基沉降，软土地基压缩以及自身压缩都是其根源，因此，不仅要对软土沉降进行控制，还需确保路基填料具备轻质和大刚度的特点，以对其沉降进行有效控制[3]。

2.2 新老路基结合方式

拼宽施工时具体包括单侧加宽和双侧加宽两种方式，如图1 所示。

图1 新老路堤放坡施工方式

单侧拓宽施工的土石方较集中，且较易压实，工期短，施工速度快，新旧路基仅接触一侧，施工影响较小，但单侧扩宽容易出现偏荷载，会导致路基出现不均匀沉降。

双侧拓宽的方式在具体施工时采用的是双侧对称施工，不会有偏荷载产生，因此，不均匀沉降有所减小，但所需施工工期较长，难以进行集中施工，路基拼接宽度较窄，难以进行有效压实[4]。

在道路拼宽改建时，应结合单双侧拓宽的特点合理选择拼宽方案。

3 拼宽路基处理

3.1 浅层处理

3.1.1 轻质填料回填处理

软土路基拼宽施工时，多采用回填轻质填料的方式处理浅层，轻质填料包括二灰和泡沫混凝土。

从重度和路基土压力看，路堤填料中选用轻质材料可以使其沉降有效降低。但将其用作路堤拓宽材料时，需注意应在一般路堤和轻质材料路堤间设置过渡段，具体可使用台阶式施工方法进行过渡段的衔接，台阶高度以0.5～1.0 m 为佳，坡比宜为1∶1～1∶2。

二灰轻质填料适用于未稳定沉降的、 有较大沉降速率且较低环境敏感度的路段。在路基拼宽中使用二灰填料时，应控制好二灰顶部弯沉。基于JTG D30—2015 《公路路基设计规范》的要求，各个等级下的公路二灰路基压实度应通过试验确定。在路床顶面铺设延伸率不大于3%、 纵横向抗拉强度在80 kN 以上的竖向钢塑格栅。具体施工时，应结合洒水措施，避免出现飞灰，并且在二灰摊铺之后应进行碾压施工，可通过小型振动压路机对难以进行碾压施工的位置进行碾压，以确保压实度满足要求。

二灰拌和施工时，其拌和的临时场地应选择在施工现场周边的空地，在二灰的原材料中采用Ⅲ级生石灰作为石灰，设计配合比为：粉煤灰重量∶石灰质量=95%∶5%，通过集中拌和法进行二灰填料的拌和。

具体施工时，应通过分层水平的方式进行填筑，填筑规模较大时，应将路段划分为不同区域进行填筑，且应在先进行填筑的路段预留台阶，以便于与后填筑路段搭接，搭接长度应在1.5 m 以上，且必须确保搭接压实度满足要求，压实时应按照先轻后重，从两边到中间的方式进行压实[5]。泡沫混凝土轻质填料适宜用在沉降未稳定、沉降速率较大的路段。采用管道进行泡沫混凝土的泵送，应确保其流动度在（185±20）mm。

3.1.2 铺设土工格室处理

以玻璃纤维为基础，通过相关编制工艺制作而成的网状结构材料即为土工格室，其耐磨性和剪切性能均较好。

将土工格室铺设到土层中，可使土工格栅网格中的土石料有不断增大的互锁力，使土石料摩擦系数有所提高，土工格室抗拔力有所增长。此外，土工格室质量较轻，且有柔性较强的网状材料，在现场连接和剪切时较为方便，也可进行反复搭接，施工较为方便。

施工控制要求：铺设土工格室时，应按要求平整路基，确保表层没有突起物。因土工格室的受力与路堤轴线相互垂直，因此，铺设时应确保其平顺性，没有皱褶出现，且有一定的张紧度，可通过土钉等进行压重固定。土工格室应避免在受力方向进行搭接，且应有10 cm 以上的搭接宽度。若需要设置两层以上的格室，应确保上下层接缝断面相互错开。

填料选择：应选择有较好透水性，有着合适级配砾类土等作为填料，且填料粒径最大值应控制小于15 cm。

填料摊铺：土工格室铺设好后需及时覆土，土体裸露时间应控制在48 h 以下。松铺厚度应控制小于30 cm，并从两端开始摊铺填料，以便固定格室。

填料压实：采用振动压路机从两侧到中间进行静压。施工时不可有车辆行驶到未压实的加筋体上。应确保压实度与设计相符，避免加筋土的性能受到影响。

若使用普通塘渣作为拼宽路段的填料，则在完成通车多年后该位置会有纵向裂缝出现。分析其原因可知，道路两侧地基沉降不均，且拼宽衔接处未增设土工合成材料。由此可知，填筑路基的拼宽路段除了需要确保填料满足规定标准和压实程度满足要求，还需要在新旧路基的衔接位置设置土工格室等材料以确保衔接良好。

3.2 拼宽路基深层处理

水泥搅拌桩和预应力管桩是拓宽软土路基时深层处理的常用方法。软土层较厚时宜采用水泥搅拌桩，当拼宽范围较大时，宜采用预应力管桩。

3.2.1 水泥搅拌桩处理

采用水泥搅拌桩处理深层拼宽路段，能使该范围的软土沉降有所减少，使新旧路基的差异沉降有所减小。宜以500 mm作为水泥搅拌桩的桩径，布置时以梅花形布置，结合工程地质情况计算桩长和桩间距，以确保工后沉降满足要求[6]。水泥搅拌桩湿喷法的施工流程如图2 所示。

图2 水泥搅拌桩湿喷法施工工艺图

3.2.2 预应力混凝土管桩处理

预应力混凝土管桩的施工流程如图3 所示。

图3 预应力混凝土管桩施工流程示意图

进行预应力混凝土管桩的设计时，应满足以下要求。

1）按照DB33/T 904—2013《公路软土地基路堤设计规范》的要求设计其桩径，长度和间距。具体规格可结合现有标准图集进行选取，以C30 等级的混凝土进行桩帽设计，并连接管桩。若现场条件允许，可通过静压法进行沉桩；

2）预应力钢筋应以均匀圆周进行设计，配筋应满足0.4%以上的要求，且数量应在6 根以上；

3）混凝土试件在预应力放张时应具有40 MPa 以上的抗压强度；

4）摩擦型桩基的长度和桩径的比值应在100 以下，端承桩桩基的该比值则应控制在80 以下；

5）布桩的平面系数应在6%以下，若需穿越厚度较大的软土层则应该在4%以下；

6）使用清宕渣作为50 cm 桩顶范围的填筑材料，且应将其含泥量控制在5%以下；

7） 在施工排水管道之前应先进行预应力管桩的施工，在施工完排水管道后再施工桩帽。

两侧拼宽的深层路段在借助混凝土预应力管桩处理且经过多年运营后产生显著凸起。分析其原因可见，拼宽路基在经过桩基处理之后的沉降速率要小于原有路段，随着时间的变化，不均匀沉降出现越发明显的增长。对于设置了预应力混凝土管桩的路基有较为缓慢的沉降速率，但桩间土以及旧路基有较快的沉降速率，导致两者出现沉降差异，从而有凸起出现。

综上可知，在处理拼宽路基时，应结合旧路基运营时间和相关的沉降速率进行路基拼宽方式的选择，确保拼宽后的路基有和老路基基本一致的沉降速率。

4 结语

根据上述对软土路基拼宽设计的研究可知，软土路基拼宽有其复杂性，路表在新旧路基差异沉降的影响下出现裂缝是主要问题所在。本文提出了通过轻质填料和土工格室处理拼宽路基浅层的方法，通过水泥搅拌桩和预应力管桩处理拼宽路基深层的方法，为后续类似设计提供参考。