某高速公路拓寬工程不良地質段路基沉降變形性狀研究

李會超

摘要：目前，國內對高速公路拓寬改建工程完成的較少，如何進行改建拓寬沒有成熟的理論，從設計到施工，沒有經驗可循，對公路拓寬工程設計、施工規范涉及也不多。本文針對高速公路擴建工程中的不良地質段路基設計問題，結合某高速速公路拓寬工程實例，采用現場試驗的方法，對變形進行監測，結合觀測數據，得出沉降變形性狀結論，并對地基處理效果做出了評價。

關鍵詞：高速公路拓寬；路基沉降；CFG樁

中圖分類號：U412文獻標識碼： A

0引言

對高速公路進行加寬擴建，必然會引起原有高速公路地基和路基的沉降，差異沉降過大，除了影響路面平整度，行車舒適性降低外，嚴重情況下會造成路面縱向裂縫，形成結構性破壞。因此有必要結合實際工程對高速公路改擴建工程中存在的新老路堤變形特性、新老路堤結合部處治及新老路面銜接等關鍵技術問題進行研究，尋求合理、科學的解決方法，為今后舊路加寬改造工程的設計、施工提供科學依據，確保高等級公路加寬改造工程的質量。本文通過對現場實際觀測數據進行分析，得出變形規律，進而為為施工現場實施有效的工程措施提供數據依靠[1][2][3][4]。

1工程概況及不良地質條件

該高速公路地處淮河沖積平原西北部，泛屬華北平原之西南隅，為淮河流域平原地貌單元，現為雙向四車道，路基寬度為28米，本次改擴建按設計速度為120km/h的雙向八車道高速公路標準進行改建，按標準八車道原位兩側加寬，整體式路基寬度為42米。

沿線不良地質主要在是K7+300~K16+200，該里程內地下水位較高，雨季地表經常積水，滯洪期間地表積水較深，淺土層為新近沉積土，部分段有一定厚度的硬殼層，承載力稍高，一般為120kPa或者更高，其他段地基承載力較低，一般為60~110kPa，部分地層承載力低于50kPa，屬軟弱土地基。

2不良地質段路基設計方案

根據該高速公路改擴建工程路基設計資料，不良地質段內路基設計的方案如下：

路基加寬時，先沿原土路肩邊緣向下按原邊坡的坡率清表法向厚度不小于0.3m，然后開挖臺階，臺階寬1.5m，臺階高度1.0m，每層臺階開挖完成后，及時鋪筑新路基，路基填土在常規壓實的基礎上基底采取沖擊碾壓，沖擊能量為25KJ，壓實度在滿足《公路路基設計規范》的基礎上增加1到2個百分點。為使路基內部積水快速排出，不良地質段基底鋪設30cm厚的碎石墊層，為增強路基整體性，保證基底有足夠的強度及均勻性，基底鋪設一層寬為6m的鋼釘插接整體式土工格室（高為50mm，網格尺寸為40×40cm）。對于不良地質路段，施工前先對地表、原邊坡進行30cm清表處理，開挖第一層臺階后，回填夯實，碾壓至原地表，然后進行CFG樁復合地基施工，復合地基施工完后，在地表鋪設土工格室及碎石墊層，分層進行路基填筑，并順次在原邊坡開挖高為1m的臺階。CFG樁按正三角布置，直徑為50cm，樁間距為150cm，基底樁樁長為6m。不良地質段CFG樁處理橫斷面示意圖如圖1所示。

圖1CFG樁處理橫斷面示意圖

3現場試驗及監測結果

3.1現場監測儀器的布置及埋設

沉降量的大小是控制結構物地基變形的重要指標，也是對地基處理效果評價的重要手段。對路基沉降進行動態觀測，一方面可以通過施工期間的觀測數據對施工過程中采用分析計算和模型試驗，對高速改擴建中的為減少路基不均勻沉降的地基處理當的施工工藝后出現的一些問題進行及時調整。另一方面通過長時間數據收集，通過對現場沉降監測數據的整理和分析，對方案的合理性進行評價，優化施工方案，并為后續同類工程提供借鑒參考。

監測方案采用靜力水準儀進行沉降觀，監測斷面選擇在埋深為4.7m的K15+256處，根據勘查報告，該處地下水埋深為2.5米，標高56.2米，主要含水層為粉質粘土，富水性差，水質良好，地下水和土對混凝土有微腐蝕性。在勘探深度內，該斷面附近區域內圖層結構從上到下可分為8層，以粉質粘土為主，上部四層為第四系新近沉積層，下部土層為第四系晚更新中更新統。儀器埋設位置示意圖如圖2所示。在監測橫斷面處，待CFG樁施工完畢，土工格室、碎石墊層鋪筑并待路基填筑一定高度后，在填筑的路基上挖槽至碎石墊層頂面，在碎石墊層上埋設一組（3個）靜力水準儀。本組靜力水準儀主要測地基的豎向變形，其中，3#靜力水準儀作為本組儀器的基準點。儀器及管線安裝好后回填壓實，然后繼續進行路基的填筑。待填埋至路床位置時，挖槽并埋設4#、5#和6#靜力水準儀。4#靜力水準儀測新老路基結合部的路基沉降，5#靜力水準儀測量新路基的沉降，6#靜力水準儀作為本組儀器的基準點。

圖2 靜力水準儀埋設形式示意圖

3.2現場監測結果及分析

通過對監測數據進行整理，作出1#、2#、4#、5#（各測點的位置見圖2）各靜力水準儀監測點監測出的累計沉降量隨時間變化曲線圖。圖3中，豎軸代表累計沉降量(單位為mm)，橫軸代表觀測日期，四條曲線分別是各監測點的累計沉降量隨時間的變化曲線

圖3 各測點累計沉降量隨時間變化曲線

從圖中可以看出：關于地基沉降，1#測點的沉降速率整體上大于2#測點，累計沉降量也大于2#測點。關于路基沉降，起始時段，3#和4#測點并無非常明顯的差異，一段時間后，3#測點沉降量明顯大于4#測點。整體上，各測點沉降速率有變緩趨勢，且地基沉降量大于路基沉降量。由于監測現場自然條件的限制，再加上靜力水準儀埋設在路基中可能受到施工機械等因素的干擾，本工程施工期拖延得也很長，而沉降速率在一定程度上受路基填筑速度的影響，所以不對局部沉降速率作具體的分析。從監測結果可以看出，各測點累計沉降量均不超過4cm。

對于拓寬路基的差異沉降標準，《公路路基設計規范》（JTG D30-2004）[5]中規定“路基拼接時，應控制新老路基之間的差異沉降，原有路基與拓寬路基的路拱橫坡度的工后增大值不應大于0.5%”。實際經驗中，滬寧高速拓寬時，提出了“新路基總沉降小于15cm與工后沉降小于5cm”的雙重控制標準；本項目依據規范限定標準計算，差異沉降控制值δ=2100*0.005=10.5cm。從監測結果看，填高為4.7m時，按照此種路基設計方案，沉降量在控制范圍之內。

4結語及建議

（1）該工程中采取了開挖臺階、鋪筑土工格室以及在新路基下采用CFG樁處理的路基設計方案，經過現場監測，沉降量滿足控制要求，并發現以下規律：地基的沉降量大于路基的沉降量，新老路基結合處的沉降速率整體大于新路基的沉降速率，且新老路基結合處的總沉降總體大于新路基的沉降量。

（2）土工格室可以把上部的荷載分散到其下臥層更大的面積上，由此減小荷載的強度，減小作用于地基上的壓應力，提高地基的承載力，更一方面通過格室的限制作用，減小土體的位移，調節不均勻沉降。CFG樁復合地基通過褥墊層與基礎連接，始終保證樁間土始終參與工作，由于樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間土表面應力大，樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少了樁間土承擔的荷載，這樣就提高了復合地基承載力，且使變形減小。

（3）本次監測的斷面填高稍低，監測結果顯示沉降變形在控制范圍之內，但對填高較高的情況，使用本案例中的處理方案極有可能就不能滿足沉降控制要求。對于高速公路拓寬工程，應重視新老路基結合部的處理，必要時應對此部位采取其他加固措施以滿足變性要求。

參考文獻：

[1]翁效林.高速公路拓寬路基差異沉降控制技術研究[D].西安.長安大學博士學位論文.2009年7月

[2]高翔.高速公路新老路基相互作用分析與處理技術研究[D].南京.東南大學博士學位論文.2006年7月

[3]稽如龍,張永宏,宋吉錄.軟土地基上路基拓寬處理技術研究[J].華東公路.2002年11月

[4]李濤.西-潼高速公路拓寬工程路基差異沉降機理及地基處治技術研究[D]西安.長安大學碩士論文.2011年7月

[5]《公路路基設計規范》(JTGD30-2004)