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高速公路改扩建新老路基搭接区域补强技术研究

范文

肖红星

摘要：高速公路改扩建工程中，新老路基搭接区域的压实度差异是导致不均匀沉降的主要原因。为了保证扩宽公路路基的使用性能，通过对加宽路基试验段的强力夯实补强现场试验，对强力夯实机的补强效果进行了研究，并总结了出相应的施工要点及质量控制方法，为高速公路改扩建工程路基加宽质量控制提供了一定的参考。

Abstract： The difference in compactness between the overlapping areas of the old and new roadbeds is the main cause of uneven settlement in highway expansion project. A series of field test has been conducted to ensure the performance of the widened roadbed. The test results indicate that? the reinforcement effect by strong rammers have the compaction of roadbed promoted. Also， the corresponding construction points and quality control methods are summarized. It provides a certain reference for the quality control of the highway subgrade widening and expansion projects.

关键词：高速公路改扩建;路基加宽;强力夯实机;路基补强

Key words： highway reconstruction and expansion;roadbed widening;strong rammer machine;roadbed reinforcement

中图分类号：U418.8;U416.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）10-0197-03

0? 引言

在公路工程路基施工过程中，路基压实度是重要的质量控制指标。如何确保高速公路路基的压实质量，提高路基的使用性能，減小工后沉降，成为了高速公路研究的重点问题。黄写勤[1]等对于高速公路改扩建工程中新老路基不均匀沉降等问题进行了分析，并提出相应的处置措施。在高速公路路基施工中，强力夯实机作为路基补强的一种重要手段，在路基工程中应用较为广泛。曹斌等[3]及王静[4]研究了夯实机在高速公路改扩建工程新旧路基结合部的应用，得到了部分地区条件下的夯密补强的技术参数。庄仲欣[5]对于山区公路隧道弃渣填筑路基的相关夯密补强的相关技术参数进行了研究。

对于高速公路改扩建工程而言，新老路基搭接区域的压实程度直接关系到加宽路基的沉降，影响加宽后高速公路的使用性能。对于服役多年的老路堤边坡土体，在自然环境及边坡植物的影响下，其土体往往已经较为松散，压实度无法满足设计要求，若不进行处理直接拼接，可能会在运营期车辆荷载的作用下出现较大工后沉降，甚至造成加宽路面的开裂、滑移等公路路基病害。为了更好地控制加宽路基的变形，减小新老路基间由于压实程度不同造成的强度不匹配的问题，故提出了强力夯实机追密补强老路基边坡的技术。

1? 强力夯实机补强原理及试验

强力夯实机对土体施加1.5MPa左右的压力，并通过一定频率的振动引发土体的共振，在一定时间内连续击压，能够达到破坏土体原有骨架结构、使土体颗粒空隙受到振动及压缩而缩小，颗粒间出现错动，达到土体夯击密实的效果。在高速公路改扩建工程中，新老路基土体由于密实程度不同，其土体的变形模量、强度等均存在较大差异，通过夯实补强，能够有效提升新加宽路基的密实度，提高承载能力，减小与老路基之间的强度、刚度差异，进而达到减小路基横断面的不均匀沉降，提高新老路基结合程度，降低工后路面破裂的风险。为了验证强力夯实追密补强技术的有效性，依托某高速公路改扩建工程，选取了试验段对该补强措施的效果进行了试验测试。

试验段选在京港澳高速公路河北段改扩建工程中K160+200～K160+300之间，路基填土为低液限粘土，路基填高为5.6m，该段土的最大干密度为1.92g/cm3，最佳含水率为13.2%。试验段布置如图1所示，共布设了25个轻型触探点（强夯前后），26个压实度检测点（强夯前后），另外分别在该试验段桩间新增了10个点用于轻型触探。

2? 试验结果及分析

2.1 夯点夯击前后压实度的对比

路基夯点位置夯实后压实度的增加值如图2所示。从图2可以看出，与夯实前的路基相比，强力夯实后路基压实度平均增长幅度约为3.68%，表明强力夯实作为常规压实机械外的补强措施，在提高路基压实度方面作用效果明显。对于夯点位置强力夯实前后测点含水率的检测发现，夯点的含水率由于土体受到夯击力，空隙被压缩，使部分孔隙水水出现迁移，造成含水率有最大1.5%的变化。

2.2 夯间土夯击前后压实度的对比

路基夯间土夯实前后的压实度增加幅度如图3所示。从图中可以发现，夯间土压实度的增加幅度与夯点的增长幅度相比，处于较低水平，平均增加幅度约为1.6%，甚至出现了部分测点压实度无变化的现象，这是由于在强力夯实机的振动作用下，部分测点的表层土体出现松散状态所致。整体而言，夯实后的路基土体压实度是有所增加的，作为补强措施是可行的。

表1为强力夯实前后含水率与压实度增加值之间的关系，从表1可以看出当强力夯实前后的含水率之差在±1%范围之内压实度将平均提高1.64%，含水率之差在±1%～±2.3%范围的压实度提高1.51%。

2.3 夯点夯击前后承载力对比

通过轻型触探设备对夯点夯实前后的路基承载力进行了测试，承载力的计算公式如下：

式中，N为30cm的轻型触探锤击数。

承载力的增加量可以使用下式计算：

式中，ΔN为30cm内轻型触探锤击数增加次数。

从实际测点的数据中发现，夯实后相较夯实前的轻型触探锤击数增加明显，入土30cm、60cm及90cm的锤击次数分别增加了18次、12次和13次，最高单点锤击数增长率接近60%，各测点锤击数增长率如图4所示。通过公式（1）和（2）的计算可以得到在路基压实面下0～30cm、30cm～60cm、60cm～90cm范围内，承载力分别增长了144kPa、99.5kPa和104kPa，增长幅度约为夯实前的25.21%、19.89%和30.61%，夯实对于路基强度的提升作用显著，有效提高了路基的承载能力。

3? 强力夯击机施工要点及质量控制

强力夯击机在施工方面应该注意以下几个方面：

①因强力夯实对竖向影响显著，加之旧路边坡压实度较低，建议台阶开挖顶面要进行强夯加固。

②施工前按每填筑一个台阶高度（高80cm、宽120cm），布设两排夯点，呈梅花型布置，夯点中心间距不大于1m。

③每80cm（即每个台阶高度）先进行强力夯实，结合部补料后再进行重碾补强。

④在夯实的工程中一定要有人指挥以防夯实点间距过大和偏移。

⑤施工过程控制应以工艺参数控制为主，即每个击点作用时间为8-13秒，单点夯击80次以上。

4 结语

本文基于高速公路改扩建工程中新老路基搭接区域的强力补强现场试验，对强力夯实机在路基加宽施工中的补强效果进行了研究。主要结论如下：

①夯点位置夯击前后的路基填土压实度有较为明显的提升，土体压实度由夯击前的94.7%提升至夯点位置的98.4%，平均增长幅度达到了3.68%;夯点间土的平均压实度增加幅度约为1.6%。

②夯击面以下0～30cm、30cm～60cm、60cm～90cm深度区域内承载力与强力夯击前相比，分别提高了约25.21%、19.89%、30.61%，表明夯击补强对于新填筑加宽路基的承载力提高作用较为显著。

上述结果表明，强力夯实机作为加宽路基的补强措施，能够有效提升新老路基结合位置的土体压实程度及强度，能够通过提升路基强度来减小新老路基间的差异沉降，提升了新老路基间的结合效果，保证了工程质量。

参考文献：

[1]黄写勤，高志伟，王选仓.高速公路拓宽路基差异沉降处治措施[J].筑路机械与施工机械化，2013，30（08）：71-75.

[2]曹斌，劉岩.高速液压夯实机在高速公路路基填筑中的应用[J].公路，2016，61（11）：71-75.

[3]曹斌，李生汀，吴立坚，等.高速公路新旧路基结合部高速液压夯补强技术探讨[J].公路交通科技：应用技术版，2017（10）：66-67.

[4]王静.强力夯实技术在改扩建工程拼宽路基的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2018，12：4-5.

[5]庄仲欣.高速液压夯实技术在高速铁路路基工程中的应用研究[J].路基工程，2018（03）：153-156.

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