中铁二十局集团承建的连 (云港) 霍 (尔果斯) 高速公路刘江至西南绕城段 (郑州段) 扩建工程位于郑州市北郊, 是国家高速公路网规划和河南省公路主骨架的组成部分, 同时又是郑州市绕城高速公路的组成部分, 在路网中的地位非常突出。本项目东起连霍线与京珠国道主干线交叉的刘江枢纽立交西侧, 西至连霍线与郑州西南绕城互通式立交的西侧路段, 全长33.017km, 现为双向四车道, 路基宽度26m, 扩建后为双向八车道, 路基标准宽度为42m, 线路走向与老路相同, 扩建是在原路基基础上两侧各加宽8m后形成。
该工程地基土均属第四系全新统地层, 上层多为黄色、灰黄色低液限粉土和低液限粘土, 呈软塑或流塑状, 局部含有灰黑色淤泥质软弱土夹层, 呈流塑状, 该层厚度一般在5~15m, 工程性质较差, 容许承载力在100~120k Pa之间;下层多为黄色或灰黄色中细砂层, 并夹有粘土或粉土薄层, 呈中密-密实状, 工程性质较好。
因本工程为老路扩宽改建, 在完工后新路基的固结沉降将导致新老路基的不均匀沉降, 因此除了对立交、桥梁的台后路堤填土较高的路段进行地基处理外, 还应对加宽路基中的软弱土层进行地基处理, 以减少新路基的沉降量。填土时在新老路基结合部位采取挖台阶, 台阶高度一般为40cm, 同时对原地面或填土厚度80cm时采用25kj冲击压实设备压实, 压实度较规范提高1%~2%。
鉴于老路基经过十余年的运营, 路基沉降已基本完成, 因此地基处理的目的是尽量减少新加宽路基的沉降量, 缩小新老路基差异沉降, 进而减小新老路面出现纵向裂缝的机率。
根据地勘资料, 结合路基填高, 按照沉降计算结果并参考已扩建高速公路新老路基搭接沉降差异控制标准, 确定地基处理范围和方法。经计算一般路段填土高度不高 (填高小于5m) , 地基土多为低液限粉土、亚砂土, 采用碎石垫层法 (即在地基面铺筑40cm厚碎石垫层加钢塑土工格栅和土工布) 处理。桥头段及高填方地段地基采用打设预应力管桩, 管桩桩帽顶面设厚30cm碎石垫层, 垫层中间设单层钢塑土工格栅, 提高碎石垫层刚度, 协调桩土变形。
采用该法不但可以解决填前碾压的问题, 而且在上部堆载的作用下可以加快浅层地下水的排出, 从而加快浅层地基的排水固结。碎石垫层的铺筑厚度为40cm, 为防止松散性碎石在上覆荷载的作用下产生横向位移和竖向沉陷, 垫层下设单层加强型钢塑土工格栅, 从而间接提高碎石垫层的抗剪能力, 提高地基的整体稳定性, 碎石顶面设反滤土工布, 防止细粒土堵塞碎石排水孔隙, 影响排水效果。
碎石选用粒径2.0~5.0cm的未风化级配碎石, 含泥量不大于5%;土工格栅采用加强型双向钢塑土工格栅, 横向拉伸屈服强度60k N/m, 纵向拉伸屈服强度30KN/m, 屈服伸长率≤3%, 连接点剪切强度不小于1.5MPa;土工布采用裂膜丝机织土工布, 纵向抗拉强度≥50k N/m, 横向抗拉强度≥35k N/m, 断裂延伸率≤25%, CBR抗顶破强度≥4000N, 单位容重不小于240g/m2, 撕裂强度≥410N。进场的材料必须符合上述要求。
按设计要求将土工格栅伸入原路基范围的土挖除, 将整个铺设范围整平, 碾压至规定的压实度。铺设前路基表面应无硬凸出物, 以免穿破土工格栅, 从而降低土工格栅的强度。
按设计图纸要求测量定出土工格栅的边桩, 放出铺设边线。
按设计要求先在下承层边部先铺设土工布, 保证其锚固宽度1m, 然后在土工布上铺设土工格栅, 并保证留1m的锚固长度, 铺设时应拉直平顺, 紧贴下承层, 不得出现扭曲、褶皱、重叠, 其强度最大方向应与线路方向垂直, 并注意做好搭接, 搭接宽度不小于20cm, 搭接处应尽量避开锚固反弯端。土工格栅采用直径8mm U型圆钢固定。每次铺设不宜过长, 应及时覆盖, 以免长时间暴露或暴晒使其性能老化。当发现土工格栅有破损时, 应立即修补好或予以更换。
在土工格栅施工完毕经检验合格后, 应立即铺筑碎石垫层。
在每隔20m定出碎石垫层填筑的边桩。摊铺时分两层, 每层压实厚度20cm。采用自卸车沿土工格栅边缘倾卸填料, 不允许直接卸在土工格栅上面, 卸料时应均匀、缓慢倾卸, 堆料高度不得超过1m, 以防集中受力。
卸料后应及时摊铺, 摊铺时沿路基宽度平行向前摊铺, 第一层填料采用轻型推土机或前置式装载机, 个别摊不到的边角采用人工配合平整。摊铺时应注意卸料、摊铺方向与土工格栅铺设方向一致, 否则摊铺碎石时势必将土工格栅翻起。
压实采用轻型压实机具压实, 压实质量采用沉差法检测, 最后两边的沉降差≤3mm。
在摊铺及压实时, 一切车辆、施工机械只允许沿路堤的轴线方向行驶, 不得在其上转弯或调头。
碎石垫层经摊铺、平整、碾压密实并检验合格后, 即可开始铺设土工布, 其铺设方法与土工格栅相同, 且必须符合以下要求:
铺设时按路基横向铺设, 接缝搭接采用缝接法, 即采用移动式缝合机用尼龙线对接缝缝接, 接缝宽度不小于10cm。
土工布铺设时应拉直平顺, 紧贴碎石层, 其边部应留足够的锚固长度, 回折复裹在压实的碎石层顶面上, 平整顺适。
土工布与土工格栅的接缝应交替错开, 错开长度应不小于0.5m。
现场施工中发现土工布破损时, 必须立即修补好。铺设完毕后, 立即覆盖土, 第一层土采用轻型压路机压实, 只有填土厚度大于60cm时才能采用重型压路机压实。
预应力管桩采用直径40cm的PTC桩, 壁厚6cm, 桩长7~8m, 纵横向间距2.7m, 呈菱形布置, 采用静压法。压桩时, 桩顶标高应低于地面25cm, 便于桩帽施工, 桩帽呈正方形, 边长1m, 厚30cm, 桩嵌入桩帽5cm, 内设单层钢筋网片, 浇注C20混凝土, 完工后施工碎石垫层、铺设钢塑格栅, 形成复合地基。
PTC桩统一预制, 其各项指标必须符合设计和规范要求后才能进场, 进场的土工格栅、土工布和碎石同样要符合设计和规范要求。
PTC管桩施工必须配备性能可靠、符合标准、种类齐全的施工机械和设备, 在施工前做好机械设备的保养、试机工作, 确保在施工期间正常作业。同时根据地质资料和设计文件, 了解现场的地质情况, 根据设计文件和施工组织计划的要求, 确定合理的施工顺序。
原地面整平夯实→桩位放样→静压机就位→经纬仪调整垂直度→压桩→重复前面的压桩工艺至要求的位置→检查整体质量→开挖桩帽土体, 形成土模→放置钢筋网片、浇注混凝土、养护→填筑碎石垫层、整平压实→铺设钢塑格栅→铺筑碎石垫层、整平压实→报验→合格后填土覆盖。
(1) 按照确定的施工顺序施工。
(2) 施工中注意起吊方式, 并在吊装过程中轻吊轻放, 严禁采用拖吊。
(3) 在桩打入30~50cm后检验和校正垂直度, 垂直度控制在0.5%以内, 开动压桩位置, 记录压桩时间和各表读书, 保持连续压桩并控制压桩速度1~2m/min。
(4) 正常情况下按设计压桩力1.3~1.5倍送桩, 达到设计位置后持荷10min且每分钟沉降量不超过2mm方可结束送桩。
路基施工严格按“四区段、八流程”水平分层填筑法组织实施。四区段是:填土区段、平整区段、碾压区段、检测区段;八流程是:测量放线、基底处理、分层填筑、摊铺整平、碾压夯实、检验签证、路面修整、边坡修整。现就路基填筑的施工方法介绍如下:
(1) 路堤填筑:采用水平分层填筑法施工, 在填筑前按设计要求采用机械挖台阶, 台阶高度40cm, 填土每层压实厚度不大于20cm, 土采用机械装运, 根据车容量和填筑厚度按网格法布土, 严格控制松铺厚度, 为保证边部压实质量, 填筑时路基外侧加宽50cm。卸土时顺序为先两侧后中间, 用T-140型推土机将土慢慢推送到准确位置, 卸土堆距离要适当, 防止过密过稀。
(2) 摊铺平整:采用推土机初平, PY180型平地机终平, 平地机整平方法是由路中开始向边缘推进, 如此往返几次, 达到平整度要求, 每一层做成2%的外向横坡以利排水。
(3) 洒水晾晒:碾压前进行含水量检测, 使含水量控制在最佳含水量的±2%范围内再进行碾压。当含水量较低时, 采取洒水措施;当含水量较高时, 及时进行翻晒, 局部含水量较大时采用换填或掺加水泥 (石灰) 处理。
(4) 碾压:碾压前还应对填土层的松铺厚度、平整度进行检查, 符合要求后方可进行碾压。压实应根据现场试验段确定的碾压方式、碾压速度、碾压遍数进行, 达到无漏压、无死角, 确保碾压均匀。每填筑80cm厚还要采用25jk冲击碾压, 压实度较规范提高2%。对与老路基结合部位碾压不到的, 用小型冲击夯分层夯实。
(5) 每一压实层均应检测压实度, 击实标准采用重型击实标准, 检测压实度采用灌砂法, 每5000m3应作一击实标准。
(6) 路基整修:填筑至标高后, 进行平整和测量, 恢复边线, 水平测量, 并用压路机碾压一遍, 使路面光洁, 无浮土, 横坡符合要求。边坡依据路肩边线桩, 按设计坡率挂线, 用人工刷去超填部分并整修拍实, 达到检验标准的要求。
(1) 下承层应平整无坚硬凸起物。
(2) 铺设钢塑土工格栅和土工布时一要保证其完好不破损, 二要保证搭接宽度并绑扎牢固、固定牢靠, 三要禁止车辆直接在上面行走碾压。
(3) 碎石的粒径、含泥量和铺筑厚度保证符合要求。
(4) 每批次的PTC桩必须附有检验单, 并经监理工程师批准后才能进场。
(5) PTC桩施工时控制好垂直度和桩顶标高, 当送桩力达不到规定值时应及时报请监理工程师和业主变更桩长。
(6) 路基填筑时不同种类的填料不得混填, 上下两层使用不同填料时, 每种填料厚度不得小于50cm。
(7) 严格控制填土的松铺厚度。
(8) 新老路基的结合部位必须碾压密实。
随着高速公路的快速发展, 国家规划的高速公路网将不断得以完善, 高速公路的扩建将越来越多, 如何将新老路堤的不均匀沉降对路基造成的危害减小到最低, 都将是摆到我们面前的一个新课题。对于今后既有高速公路扩建或接线的路基施工将具有一定的借鉴作用。
摘要：连 (云港) 霍 (尔果斯) 高速公路刘江至西南绕城段 (郑州段) 扩建工程是在原有路基基础上加宽, 结合现场施工情况, 介绍高速公路扩建加宽路基的施工方法。
关键词：高速公路,扩建,路基施工
[1] 中华人民共和国交通.JTGF10-2006.公路路基施工技术规范.北京:人民交通出版社, 2006.
[2] 03SG409.预应力混凝土管桩.北京:中国建筑标准设计研究院, 2003.
[3] 叶观宝.地基加固新技术.北京:机械工业出版社, 1999.
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