本实用新型涉及公路建设技术领域，具体地说是一种用于防止山区公路挡墙段不均匀沉降及水损的拓宽结构及施工方法。
背景技术：
高速公路改扩建过程中，老路填方路基往往会处于节约占地的原因设置一些路堤挡墙。在进行公路拓宽时，老路填方路基由于时间较长，路基本身的沉降已经完成，新拼接的路基填土虽然压实度都能达到93％以上，但随着改扩建工程完成开始运营后，拼宽部位的路基填土必然会产生残余沉降，而这部分残余沉降会导致路面沿行车方向产生纵向裂缝。这样一是增加了后期路面养护的成本造成不必要的经济损失，二是影响行车的舒适性及安全性。
目前，国内外对改扩建工程中挡墙路段的拼宽处理措施主要有以下几种：
1、直接拆除挡墙
将需拼宽的老路路基的挡墙直接拆除。该措施的缺点是，在设置矮挡墙或是护脚墙时该方法可行，若挡墙高度较高(设置高度大于2m)时，直接拆除挡墙则有可能会影响老路路基的稳定性。目前改扩建工程的施工都要求不中断交通，路基拼宽时老路路面上的交通依然正常通行。因此，拆除挡墙后老路路基一旦失稳，不仅会影响施工人员的安全，还会对老路的行车安全造成严重影响。
2.直接对挡墙进行拼接
对挡墙段的新路直接填筑满足规范要求的路基填土，该方法的缺点是，一是拼宽部分的填料为土质填料，挡墙为石质构件，二者由于材料的不同后期会产生较大的工后沉降；二是老路挡墙与拼宽路基填料之间的衔接会有问题，一般土质填料与老路路基的衔接都要求老路路基开挖宽1m，高2m的台阶进行拼接，而挡墙路段无法进行台阶开挖，从而新旧路基的衔接也会产生问题；三是衔接处的排水不畅的问题，由于拼宽段为土质填料，同时拼宽段填土与挡墙拼接压密不实会有缝隙，这样在拼宽部位就会产生积水，但是由于没有排水的通道，因此积水无法及时排除，从而影响拼宽段新填路基填料的强度，随着道路运营时间的增长，甚至会影响整个拼宽路基的整体稳定性，从而对道路的行车安全产生影响。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提供了一种应用于山区公路挡墙段的拓宽结构及施工方法，该方法不仅能够解决新老路基不均匀沉降的问题，而且能够避免在拼宽路基衔接部位产生给水，影响整个拼宽路基的整体稳定性。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种应用于山区公路挡墙段的拓宽结构，包括设置于老路挡墙外侧第一排水垫层、沿着老路挡墙向上依次设置的第二排水垫层和第三排水垫层，所述的第一排水垫层、第二排水垫层和第三排水垫层共同形成了L型的排水垫层，所述第三排水垫层的上端与所述老路挡墙的上端平齐，所述排水垫层的内部从下往上依次铺设有填石路基层和填石路基过渡层，且所述填石路基过渡层的上端面与所述老路挡墙的上端面平齐，所述填石路基过渡层的上方依次铺设有土质路基填料层、路床和路面，且老路路基与所述的土质路基填料层、路床和路面的衔接处设置有台阶。
进一步地，所述排水垫层的厚度为50mm。
进一步地，所述填石路基层的边坡面为码砌面，且码砌的厚度大于等于 1m。
进一步地，所述的排水垫层的内侧面上设置有反滤土工布。
进一步地，所述填石路基过渡层和土质路基填料层之间设置有第一土工格栅，所述土质路基填料层和路床之间设置有第二土工格栅，且所述第一土工格栅和第二土工格栅的靠近老路路基的一端均抵靠在台阶上。
进一步地，所述的第一土工格栅通过钢筋分别与所述的老路路基和新路路基的填石路基过渡层固定连接，所述的第二土工格栅通过钢筋分别与所述的老路路基和新路路基的土质路基填料层固定连接。
一种应用于山区公路挡墙段的拓宽施工方法，包括以下步骤，
第一步，根据新路路基的宽度对拼宽部位的地表及老路挡墙上部的边坡进行清处表土；
第二步，对拼宽部位的地表进行冲碾，直至压实度达到91％；
第三步，在拼宽部位的地表铺设第一排水垫层，并在第一排水垫层的上方铺设设置第一反滤土工布；
第四步，铺设第二排水垫层和填石路基层
4.1、在第一排水垫层的上方沿着老路挡墙向上铺设第二排水垫层；
4.2、在第二排水垫层的上侧面和外侧面包裹第二反滤土工布，并使第二反滤土工布的下端与所述的第一排水垫层搭接；
4.3、在第一排水垫层的上方铺设与第二排水垫层高度相同的填石路基层；
4.4、对第二排水垫层和填石路基层进行碾压；
4.5、重复步骤4.1-4.4的操作，直至填石路基层的上端面与老路挡墙的顶端之间的距离为40cm；
第五步，铺设第三排水垫层和填石路基过渡层
5.1、在第二排水垫层的上方沿老路挡墙向上铺设第三排水垫层至老路挡墙的上端面；
5.2、在第三排水垫层的上侧面和外侧面包裹第三反滤土工布，并使第三反滤土工布的下端与所述的填石路基层搭接；
5.3、在填石路基层的上方铺设填石路基过渡层至老路挡墙的上端面平齐；
5.4、对第三排水垫层和填石路基过渡层进行碾压；
第六步，在位于老路挡墙上部的老路路基边坡开挖台阶；
第七步，在填石路基过渡层的上侧铺设第一土工格栅，并使第一土工格栅的靠近老路路基的一端抵靠在台阶上，然后通过钢筋将所述的第一土工格栅分别与老路路基和新路路基的填石路基过渡层固定连接；
第八步，在填石路基过渡层的上方铺设土质路基填料层；
第九步，在土质路基填料层的上方铺设第二土工格栅，并使第二土工格栅的靠近老路路基的一端抵靠在台阶上，然后通过钢筋将所述的第二土工格栅分别与老路路基和新路路基的土质路基填料层固定连接；
第十步，在土质路基填料层的上方依次铺设路床和路面。
进一步地，在第二步、第四步和第五步中，在距老路挡墙2m之外的范围内采用冲击碾压机械进行冲碾，在距老路挡墙2m之内的范围内采用人工夯实进行碾压。
进一步地，在步骤4.1中，铺设的第二排水垫层的高度H小于60cm。
本实用新型的有益效果是：
1、通过在老路挡墙的外侧(以沿横向远离老路路基的一侧为外侧)设置呈L型的排水垫层，能有效的排出老路挡墙与拼宽部位路基的积水，保证拼宽段新填路基填料的强度和整个拼宽路基的整体稳定性，从而保证行车安全。
2、通过设置填石路基层，能有效消除挡墙段拼宽部位的不均匀沉降，从而消除不均匀沉降产生的路基裂缝，确保道路的行车安全同时也避免了路面的纵向开裂。
3、采用石质的填石路基层一方面能够有效的消除挡墙段拼宽部位的不均匀沉降，另一方面，在石材较为丰富的山区，方便取材和运输，降低了建设成本，缩短了建设工期。
附图说明
图1为挡墙段拓宽结构的结构示意图；
图2为图1中A部分的放大结构示意图；
图3为施工步骤图一；
图4为施工步骤图二；
图5为施工步骤图三；
图6为施工步骤图四；
图中：11-第一排水垫层，12-第二排水垫层，13-第三排水垫层，2-填石路基层，3-填石路基过渡层，4-土质路基填料层，51-路床，52-路面，6-老路挡墙，7-台阶，81-第一土工格栅，82-第二土工格栅，91-第一反滤土工布,92-第二反滤土工布，93-第三反滤土工布。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种应用于山区公路挡墙段的拓宽结构包括设置于老路挡墙6外侧(以沿横向远离老路路基的一侧为外侧)水平面上的第一排水垫层11，所述第一排水垫层11的左端沿着老路挡墙6向上依次设置有第二排水垫层12和第三排水垫层13，所述的第一排水垫层11、第二排水垫层12 和第三排水垫层13共同形成了L型的排水垫层，所述第三排水垫层13的上端与所述老路挡墙6的上端平齐。
作为一种具体实施方式，本实施例中所述排水垫层的厚度N为50mm，所述的排水垫层采用选用开级配集料(砂或砾石)，级配应满足以下要求：
①5d15≤D15≤5d85
②D50≤25d50
③D60/D10≤20
式中：Dx为垫层开级配集料在通过率为x％时的粒径(mm)；
dx为路基土级配在通过率为x％时的粒径(mm))。
所述排水垫层的内部(即所述第一排水垫层11的上方)从下往上依次铺设有填石路基层2和填石路基过渡层3，且所述填石路基过渡层3的上端面与所述老路挡墙6的上端面平齐。所述填石路基过渡层3的上方依次铺设有土质路基填料层4、路床51和路面52，且老路路基与所述的土质路基填料层4、路床51和路面52的衔接处设置有台阶7。
作为一种具体实施方式，本实施例中所述填石路基过渡层3的厚度为 40cm，填石路基过渡层3所采用的填料的粒径小于15cm，且小于5mm的填料含量大于等于30％。
进一步地，为了路基的稳定性，所述填石路基层2的边坡面为码砌面，且码砌的厚度大于等于1m。码砌石块规则，单轴饱和抗压强度大于30MPa，不易风化。
进一步地，为了防止填石路基层2的填料中的细粒土随水渗入排水垫层而降低排水垫层的排水能力。所述的排水垫层的内侧面上设置有反滤土工布，即所述的第一排水垫层11和填石路基层2之间铺设有第一反滤土工布91，所述的第二排水垫层12和填石路基层2之间铺设有第二反滤土工布92，所述的第三排水垫层13和填石路基过渡层3之间铺设有第三反滤土工布93。在这里所述的反滤土工布为第一反滤土工布91、第二反滤土工布92和第三反滤土工布93的统称。作为一种具体实施方式，本实施例中所述反滤土工布的型号为 FNG-PET-150，重150g/m2，等效孔095≤0.21mm，渗透系数≥0.1cm/s，梯度比GR≤3。
进一步地，为了提高路基的整体性，所述填石路基过渡层3和土质路基填料层4之间设置有第一土工格栅81，所述土质路基填料层4和路床51之间均设置有第二土工格栅82，且所述第一土工格栅81和第二土工格栅82的靠近老路路基的一端均抵靠在台阶7上。作为一种具体实施方式，本实施例中所述第一土工格栅81和第二土工格栅82的宽度为6m，抗拉强度≥50KN/m， 2％伸长率时的抗拉强度≥20KN/m。
进一步地，为防止土工格栅在压实时错动，相邻的第一土工格栅81之间沿纵向的搭接宽度大于等于20cm，相邻的第二土工格栅82之间沿纵向的搭接宽度大于等于20cm。所述的第一土工格栅81通过钢筋分别与所述的老路路基和新路路基的填石路基过渡层3固定连接，所述的第二土工格栅82通过钢筋分别与所述的老路路基和新路路基的土质路基填料层4固定连接。所述钢筋之间沿横向和纵向的间隔均为200cm。
一种应用于山区公路挡墙段的拓宽施工方法，包括以下步骤：
第一步，根据新路路基(即拼宽路基)的宽度对拼宽部位的地表及老路挡墙6上部的边坡进行清处表土的工作，清表的厚度M为30cm。
第二步，采用冲击碾压机械对拼宽部位的地表进行冲碾，直至压实度达到91％。
第三步，如图3所示，在拼宽部位的地表铺设厚度N为50cm的第一排水垫层11，并在第一排水垫层11的上方铺设设置第一反滤土工布91以防止路基填料的细粒土随水渗入第一排水垫层11而降低第一排水垫层11的排水能力。
第四步，铺设第二排水垫层12和填石路基层2
4.1、如图4所示，在第一排水垫层11的上方沿着老路挡墙6向上铺设厚度N为50cm，高度H小于60cm的第二排水垫层12。由于排水垫层是开级配，石料之间具有嵌锁功能，因此该尺寸排水垫层不会失稳。
4.2、如图5所示，在第二排水垫层12的上侧面和外侧面包裹第二反滤土工布92，并使第二反滤土工布92的下端与所述的第一排水垫层11搭接，优选的，搭接宽度L为20cm。
4.3、如图6所示，在第一排水垫层11的上方铺设与第二排水垫层12高度H相同的填石路基层2。
由于是用于铺设填石路基层2的石质填料一般都是挖方路段的开山石料，由于挖方路段一般采用静态爆破的技术进行开挖，爆破出来的石料的粒径一般是不规则并且较大，如果控制粒径太小，则爆破出来的石料进行二次加工比较费劲，不经济且耽误施工工期；如果控制的石料粒径太大则会导致石质路堤碾压不实达不到规范要求的压实度的问题。从经济及技术两方面考虑，本实用新型中每层填石路基层2的铺设厚度等于第二排水垫层12的铺设高度 H，即每层填石路基层2的铺设厚度小于等于60cm，用来铺设填石路基层2的石质填料的粒径小于摊铺层厚度的2/3，填石路基层2的孔隙率小于25％。
4.4、对第二排水垫层12和填石路基层2进行碾压。
4.5、重复步骤4.1-4.4的操作，直至填石路基层2的上端面与老路挡墙 6的顶端之间的距离为40cm。
第五步，铺设第三排水垫层13和填石路基过渡层3
5.1、在第二排水垫层12的上方沿老路挡墙6向上铺设厚度为50cm的第三排水垫层13，直至所述第三排水垫层13的上端面与所述老路挡墙6的上端面平齐。
5.2、在第三排水垫层13的上侧面和外侧面包裹第三反滤土工布93，并使第三反滤土工布93的下端与所述的填石路基层2搭接，优选的，搭接宽度为20cm。
5.3、在填石路基层2的上方铺设填石路基过渡层3，并使所述填石路基过渡层3的上端面与老路挡墙6的上端面平齐。
5.4、对第三排水垫层13和填石路基过渡层3进行碾压。
第六步，在位于老路挡墙6上部的老路路基边坡开挖台阶7。
第七步，在填石路基过渡层3的上侧铺设第一土工格栅81，并使第一土工格栅81的靠近老路路基的一端抵靠在台阶7上，然后通过钢筋将所述的第一土工格栅81分别与老路路基和新路路基的填石路基过渡层3固定连接。
第八步，在填石路基过渡层3的上方铺设土质路基填料层4。
为了保证土质路基填料层4的压实度达到94％的要求，在铺设土质路基填料层4时，每摊铺15cm厚度碾压压实一次。
第九步，在土质路基填料层4的上方铺设第二土工格栅82，并使第二土工格栅82的靠近老路路基的一端抵靠在台阶7上，然后通过钢筋将所述的第二土工格栅82分别与老路路基和新路路基的土质路基填料层4固定连接。
第十步，在土质路基填料层4的上方依次铺设路床51和路面52。
由于冲击碾压机械的振动会对老路挡墙6的结构产生影响，因此在第二步、第四步和第五步中，在距老路挡墙62m之外的范围内采用冲击碾压机械进行冲碾，在距老路挡墙62m之内的范围内采用人工夯实进行碾压。
作为一种具体实施方式，本实施例中所述的冲击碾压机械采用25KJ冲击压路机。