【唐津高速公路扩建工程路基拼接研究目的及主要内容】 路基施工的主要内容

　 一、 研究目的及主要内容

　（一）研究目的

　 虽有其他高速公路拓宽改造的经验可以借鉴，但唐津高速公路的扩建工程具有自己独特的特点。通过对高速公路扩建工程的旧路处治、路基拼接、路面拼接和桥梁拼接的已有研究成果分析，结合唐津高速公路扩建工程的特点和现状，可知在目前唐津高速公路扩建工程中需要解决以下问题。

　（1） 旧路处治存在问题

　唐津高速公路的旧路处治面临着诸多技术难题，主要如下：

　①　 唐津高速交通等级归类于重载道路交通中的特T1级，表现为货车比例高、大型货车交通增长快、过境车辆多、超载严重等特点；

　②　 唐津高速公路软土路基较多，土基模量较低，在重载交通作用下，发生结构性破坏，表现为水稳基层松散，路面出现车辙和疲劳裂缝；

　③　 层间结合不好，路面结构处于不连续状态，导致路面结构整体受力处于不利状态，沥青层底受到较大的拉应力，也是加速路面损坏的原因；

　④　 由于本道路的路基强度不足，在荷载作用下变形较大，导致路面出现最多的破损类型即为车辙和龟裂，另外，经过大修的路段（水稳挖补+沥青层），只能维持两年的运营，两年后便又发生结构性破坏。

　（2） 路基拼接存在问题

　在高速公路扩建工程路基拼接处理中，主要存在以下问题：

　①　 扩建工程新路和新老路基差异沉降控制标准不统一。

　自广佛高速公路拓宽改建以来，全国已完成了多条高速公路扩建工程，如沈大、沪宁、杭甬等，部分高速公路扩建工程针对规范中对沉降标准规定不够完善的缺陷结合本工程自身特点提出自己的沉降控制标准，各种工程沉降控制标准指标均有一定的差异，工程条件也是针对路基和地基较为稳定的情况，且相对新建高速公路工程来说研究较少，沉降控制指标不完善、不统一。对于唐津高速公路等软基条件下的扩建工程，对于新建部分和新老路基的沉降控制标准目前开展的研究较少。

　②　 软基条件下扩建工程新建部分软基处理技术研究不多，技术经济分析仅考虑建设成本。

　针对新建工程或一般扩建工程地基处理研究的较多，并积累了较多的工程经验。但是，针对扩建工程中老路基和地基均比较软弱的情况进行地基处理相关经验和加固效果研究不多，由于扩建工程工期紧、施工场地狭窄、工程投资有限，加上地基处理不能对老路基和地基产生较大影响，因而，地基处理的难度较大。在软基处理方法的技术经济分析中，一般仅考虑建设成本，未考虑后期养护成本，需要对软基处理方法的全寿命周期成本进行综合考虑。

　③　 软基条件下扩建工程路基拼接技术还不成熟，路基压实质量快速检测方法研究少。

　高速公路扩建工程路基拼接一般老路基压实质量较好，如沪宁高速公路老路基全线掺灰处理，老路基边坡质量较好，路基拼接质量的难度相应减小，对于老路基和地基均比较软弱的高速公路进行拓宽，难度较大，可借鉴的技术和经验不多。目前路基拼接措施的制定经验性较强，缺乏现场检测和计算分析作为依据，如台阶开挖尺寸的论证很少以路基边坡承载力的简册与评价为基础，土木格栅处治和压实度控制的效果很少经过理论计算分析，因而有必要加强这方面的研究。

　一般传统的路基压实检测方法主要是灌砂法，虽然试验方法简单，但耗费的人力、物力较多，不易快速对检测结果进行评价，而且对路基质量还有一定损坏，同时对老路边坡压实质量检测难度也较大，目前还没有较为成熟和完善的快速检测方法对路基压实质量进行检测。

　（3） 路面拼接存在问题

　高速公路扩建工程的路面拼接处理中，新老路面的拼接形式还没有规范、标准可遵循。拼接方案和拼接处治措施的制定只要依靠工程经验，拼接效果有待进一步验证。

　老路路面拓宽设计方法基本上都是采取力学经验法。对老路部分按沥青路面设计规范中改建设计要求，缺乏对新旧路面、路基相互作用下的结构参数研究、组合结构使用性能的研究。由于原路面结构的复杂性，所处地区环境气候的差异性，尚未形成完善的老路拓宽路面设计体系。

　（4） 桥梁拼接存在的问题

　在高速公路扩建工程中，对于桥梁拼接关键技术来说，存在的问题主要在旧桥的检测与评估、桥梁的维修与加固和桥梁拼接技术这三个方面。

　在旧桥的检测与评估方面，采用先进的无损检测技术对桥梁的材质状况进行检测较小，利用检测结果再结合桥梁的外观检测结果对桥梁的技术状况和承载能力进行评定的不多。

　在桥梁维修与加固技术应用方面，已建桥梁结构加固维修方案的选择是十分重要的，方案的优劣，不仅影响资金的投入，更重要的影响调整结果。

　在桥梁拼接技术应用方面，对于桥梁拓宽新旧桥的连接方式、新旧桥结合部耐久性和拼宽桥梁的施工工艺需要深入研究。

　《唐津高速公路扩建工程拓宽综合处治关键技术研究》课题由天津高速公路集团有限公司作为承担单位，天津市市政工程设计研究院、天津市市政工程研究院和江苏省交通科学研究院股份有限公司作为协作单位共同申报。本课题以唐津高速公路扩建项目为依托工程，重点对高速公路扩建工程中的旧路处治、路基拼接、路面拼接和桥梁拼接等拓宽关键技术进行研究。本课题拟在国内外已有研究成果的基础上，针对唐津高速公路扩建工程拓宽综合处治关键技术，通过资料搜集、现状调研、理论分析、数值仿真、室内试验和现场测试等方法进行研究。通过对项目研究成果的分析总结，积累经验，建立较为系统的高速公路扩建工程拓宽综合处治理论体系，为今后天津乃至北方沿海地区高等级公路的改扩建项目提供借鉴经验和工程依据。

　（二） 研究内容

　针对高速公路扩建工程中旧路处治、路基拼接、路面拼接和桥梁关键存在的问题，本研究的主要内容如下：

　(1) 旧路处治关键技术研究

　①　 旧路路基路面的检测评估及初步处治方案

　了解原有道路路基路面的现状质量对扩建工程路基路面改造方案的选择有重要作用，全面掌握工程现状资料是确立旧路处治方案的关键。总结分析及评估，在此基础上提出旧路路基路面的路段划分标准及各路段的初步处治方案。主要有一下内容：

　a) 路面表面状况评估；

　b) 路面承载力评估；

　c) 路面结构层现状评估；

　d) 路基现状评估；

　e) 历史维修方案评估；

　f) 初步处治方案。

　②　 旧路路基处治技术研究

　唐津高速公路路基土质不良、含水量高、模量低等特点，同时路面结构层在补强维修2~3年后路面继续发生破损，存在反复维修的现象，因此有必要在本次扩建工程中对路基加固技术进行研究，主要有以下内容：

　a) 旧路路基土工程性质研究；

　b) 路基加固技术研究；

　c) 加固技术经济和技术比较；

　d) 材料参数及施工工艺研究；

　e) 路基加固评价方法及指标研究。

　③　 废材料再生利用研究

　对旧路面进行重建翻新时，会产生大量的废料，对路面结构层分别采用泡沫沥青冷再生和水泥冷再生技术，可快速经济地完成重新改造任务，不仅保护环境，解决交通自身的环境问题，同时还可以利用大量的废弃材料，保存资源，节省运输成本和费用，为提高路面再生层的压实质量，有必要采用更能模拟现场压实情况的室内设计方法，建立与现场施工相匹配的控制标准，主要有以下内容：

　a) 再生料性能研究；

　b) 再生混合料配合比优化设计；

　c) 不同成型方法的设计结果及路用性能对比研究；

　d) 再生施工工艺研究；

　e) 质量控制研究；

　④　 重载交通下提高半刚性基层抗疲劳性能研究

　延长路面的使用寿命，应以考虑提高路面的抗疲劳性能为前提，在重载交通下，考虑如何提高基层的抗疲劳性能尤为重要。本项目以考虑基层疲劳性能指标前提下对水泥稳定碎石基层进行材料组成设计。提出设计结果及与设计结果相匹配的施工控制标准，研究内容如下：

　a) 半刚性材料设计及常规物理性能研究；

　b) 疲劳性能研究；

　c) 疲劳寿命预估研究；

　d) 施工控制标准研究。

　⑤　 路面结构层层间结合的技术研究

　层面结合情况直接影响路面结构的整体性，是沥青路面使用寿命的一个重要影响因素，对唐津扩建工程来说，重载交通下如何考虑抗剪强度的沥青路面结构设计就尤为重要。本项目针对粘层、封层、透层材料技术性能展开研究，提出适合于本工程的材料种类、用量及施工技术要求。研究内容如下：

　a) 粘层材料技术性能研究；

　b) 封层材料技术性能研究；

　c) 透层材料技术性能研究。

　⑥　 动态设计过程中的判别标准及现场病害确认管理体系的建立

　唐津高速公路旧路设计方案和路段划分是根据前期的路面评估结果制定的，需要进行补充和完善，鉴于该高速公路的历史维修情况比较复杂，且路面现状的检测时间距大面积施工的时间较长，具体段落的处治方案需要现场验证，因此有必要在工程实施阶段对具体的判定标准和设计方案进行深入研究，研究内容如下；

　a) 路基判别标准研究；

　b) 路面面层判别标准研究；

　c) 路面基层判别标准研究；

　d) 路基路面病害指标所对应的处理方案研究；

　e) 现场病害确认管理体系研究。

　⑦　 扩建工程的后期评估研究

　扩建工程完工后，对前期的研究成果及工程质量进行验证和评价，有必要对路基路面进行综合检测和评估。通过评估为我过重载交通和软土路基情况下的高速公路改扩建工程积累经验，研究内容如下：

　a) 工后检测手段研究；

　b) 扩建工程病害评定标准的研究。

　(2) 路基拼接关键技术研究

　①　 沉降控制标准研究

　软土地基上高速公路开展扩建工程，拓宽路基荷载在地基中和老路基边坡产生附加应力，引起地基中和老路基应力重分布，从而对老路基将产生较大影响，引起老路产生附加沉降。因此高速公路扩建需对以下内容进行研究：

　a) 新路基施工期和工后沉降控制标准研究；

　b) 新老路基差异沉降控制标准研究。

　②　 软基处理技术研究

　在高速公路扩建工程中，要结合拓宽工程不同路段的地质情况、路基填筑高度、结构类型、沉降标准、周围环境、施工条件等因素综合考虑确定合理的软基处理方法，确定软基处理的关键参数在此基础上再进行方案设计、技术经济分析等其他工作、主要研究内容如下：

　a) 新建路基软基处理方案优化；

　b) 新建路基加固效果评价；

　c) 新建路基软基处理全寿命周期成本技术分析。

　③　 路基拼接技术

　在路基拼接处理中，主要研究以下内容：

　a) 老路边坡承载力检测及削坡方案设计。

　根据老路边坡承载力的检测结果确定削坡方案，确保路基拼接部位良好。

　b) 路基拼接技术研究。

　根据检测结果和现场情况确定路基拼接中的台阶开挖、土工格栅和拼接部位压实度，并对处理效果进行评价分析。

　c) 路基压实质量快速检测。

　为研究现场压实质量快速检测方法，引人国外应用较多的东路锥贯入仪(DCP)和便携式落锤弯沉仪(PFWD)，DCP能快速检测路基的CBR值，PFWD能快速无损地检测路基的E值，通过开展现场试验，并与常规的检测方法得到的有关成果进行对比，一方面验证这两种试验方法的用于路基压实质量的可行性，另一方面建立这两种试验方法计算分析的换算关系，为路基压实质量检测提供依据。

　(3) 路面拼接关键技术研究

　唐津高速公路老路病害严重，其拓宽改建难度远远大于新建一条高速公路。一方面要解决高速公路路面拓宽的共性关键技术问题，包括新老路路面拓宽拼接技术、拓宽新路重载路面结构设计、老路酷面改造设计等；另一方面还要考虑新路拓宽对老路的影响。具体研究内容为：

　①　 路面拼接技术

　a) 唐津扩建工程路面拼接方案分析；

　b) 路堤不均匀沉降对路面结构受力的影响分析；

　c) 沥青面层拼接技术研究；

　d) 半刚性基层及底基层拼接技术研究；

　e) 拼接处防裂措施研究；

　f) 不同拼接方式使用效果跟踪观测与评价。

　②　 重载路面结构设计

　a) 柔性基层路面结构

　结合唐津高速公路的实际情况，对国内外柔性基层沥青路面应用研究情况进行调研；交通量和轴载谱的调查，并推荐适合唐津高速公路的设计年限累计当量轴载；柔性基层路面配合比设计的试验研究；

　b) 半刚性基层路面结构

　结合唐津高速公路的实际情况，对国内外半刚性基层沥青路面应用研究进行调研；半刚性基层路面配合比设计的试验研究；拟定几种典型路面结构(针对唐津实际情况)，用壳牌公司开发的BISAR3程序、AASHTO等不同计算方法，对路面结构进行验算，推荐合适的路面结构；试验路铺筑、施工工艺的研究；对试验路进行观测。

　③　 老路面改造动态质量控制体系

　a) 老路面改造动态实施过程研究；

　b) 老路面改造方案控制体系研究。

　(4) 桥梁拼接关键技术研究

　针对唐津高速高速公路改扩建工程的地质特点、技术要求和工程特点，开展唐津高速公路改扩建工程桥梁拼接技术研究，主要研究内容有：

　①　 桥梁检测与承载力评估技术应用研究

　主要内容包括：采用先进的无损检测技术对桥梁的材质状况进行检测，再结合桥梁的外观检测结果，通过结构验算和必要的荷载试验对桥梁的技术状况和承载能力进行评定。

　②　 桥梁维修与加固技术应用研究

　已建桥梁结构加固维修方案的选择是十分重要的，方案的优劣，不仅影响资金的投入，更重要的是影响调整效果。本课题研究将通过检测评价，在正确掌握结构使用功能和技术状态的基础上，对各种可能方案进行综合比选，以期制定合理的调整方案，解决好改造工程中的各种技术问题，如最大限度地利用已有结构、协调已有结构与增设机构之间强度、刚度、寿命问题等；最终获得的调整方案应该达到效果好，对使用功能影响小，技术可靠，施工简便，经济合理，外观整齐。

　③　 桥梁拓宽拼接技术应用研究

　对于桥梁拼宽，根据研究目的，主要从如下三个方面进行研究：

　a) 桥梁拓宽新旧桥的连接方式；

　b) 新旧桥结合部耐久性研究；

　c) 拼宽桥梁的施工工艺研究。