高速公路擴(kuò)建工程路面施工對(duì)路基沉降的影響

項(xiàng)希年

（徐州市公路工程總公司，江蘇 徐州 221000）

自改革開放以來，我國(guó)公路事業(yè)取得了巨大發(fā)展，所取得的成就足以令世界矚目。公路事業(yè)的發(fā)展為我國(guó)人民生活水平的提升起到了重要作用，而在公路事業(yè)中，高速公路占有重要地位，其具有交通量大、行車速度快的特點(diǎn)。但就目前來看，在我國(guó)高速公路工程中，依然存在著一些路基沉降問題。外部作用與路基自身受力是讓路基產(chǎn)生沉降問題的兩大主要原因，需要對(duì)此予以高度重視。

1 路基沉降的基本原理

在高速公路的運(yùn)營(yíng)過程中，如果其路面結(jié)構(gòu)遭到破壞，就會(huì)影響公路行車的整體安全性。在路面結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象中，路基沉降是一種重要類型，以下結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況，對(duì)沉降階段進(jìn)行分析。

1.1 路基沉降階段

（1）初始瞬時(shí)沉降。主要指的是在荷載作用下，在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)，會(huì)有部分沉降現(xiàn)象出現(xiàn)。在初始瞬時(shí)階段，土體孔隙水排出情況不佳，使得土體內(nèi)部出現(xiàn)變形，這種變形可以理解為剪切變形。另外，荷載施加方向、施加速度等方面均會(huì)影響到具體沉降效果。

（2）固結(jié)沉降。在路基沉降變形過程中，其主要組成部分為固結(jié)沉降，之所以會(huì)產(chǎn)生這種沉降現(xiàn)象，其主要原因是超靜孔壓消散。此部分沉降包含了體積變形以及剪切變形兩個(gè)組成部分。

（3）次固結(jié)沉降。此時(shí)的超靜孔隙水壓力消散情況已經(jīng)基本全部實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)其予以忽略，但因?yàn)榇嬖谟行?yīng)力，土骨架蠕變會(huì)導(dǎo)致沉降變形情況進(jìn)一步出現(xiàn)，伴隨著時(shí)間的推移，這種變形效果會(huì)逐漸凸顯。

1.2 不均勻沉降

（1）固結(jié)差異變形。如果其處于具有較差土質(zhì)條件的環(huán)境中，新地基需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到完全固結(jié)狀態(tài)，且地基土具有較大的壓縮量產(chǎn)生。在施工結(jié)束后，其沉降速率依然沒有得到降低，而老路基因車輛荷載、自重荷載影響，已經(jīng)產(chǎn)生固結(jié)變形，擴(kuò)建路基對(duì)老地基產(chǎn)生荷載，就有可能讓其產(chǎn)生二次固結(jié)變形。但這種固結(jié)變形效果較為有限，因此，會(huì)有固結(jié)沉降差出現(xiàn)，進(jìn)而影響路面的正常運(yùn)行。

（2）壓縮沉降變形。在高速公路擴(kuò)建工程填方路基地段中，壓縮沉降變形情況多有存在。如果擴(kuò)建工程具有相對(duì)較窄的工作面，或是填方高度大，就有可能讓施工無法在有限空間內(nèi)正常開展。如對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備來說，如果其使用效能沒有得到充分發(fā)揮，就有可能讓路基壓實(shí)度受到不利影響。另外，施工材料也會(huì)對(duì)施工質(zhì)量造成影響，如應(yīng)用固結(jié)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的黏土，就有可能產(chǎn)生不均勻沉降問題。新路基在擴(kuò)建工程開展過程中，因?yàn)橥ㄜ囘\(yùn)營(yíng)車輛荷載以及自重荷載的影響，可能會(huì)有壓縮變形情況出現(xiàn)；而在行車荷載以及自重荷載下，老路基路面已經(jīng)基本完成壓縮變形。新老路基之間沉降差異具有不均勻特點(diǎn)，如果這種差異變形情況達(dá)到一定程度，就有可能出現(xiàn)路面破壞情況。

2 高速公路擴(kuò)建工程路面施工對(duì)路基沉降的影響

2.1 工程概況

該工程為我國(guó)某處高速公路擴(kuò)建工程項(xiàng)目，開始于2010 年，主要設(shè)計(jì)思路為兩側(cè)拼接整體斷面為主，局部分離斷面雙向八車道。在對(duì)其進(jìn)行有效拓寬后，其路基寬度已經(jīng)達(dá)到41m。為對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，其布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況

2.2 監(jiān)測(cè)方法

為對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沉降情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，分別在拓寬車道路肩、道路中心以及舊路肩位置設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，即C1、C2、C3，和舊路中心線之間的距離分別是19.75m、16.75m 以及12m。在路面墊層工作正式施工開始之前，可以將C1 這一沉降板觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在拓寬路基頂部路肩中央處，并保證此底板狀態(tài)水平化，測(cè)桿傾斜度在1.5%以內(nèi)。為規(guī)避大型攤鋪設(shè)備破壞沉降板，在鋪筑工作進(jìn)行中，應(yīng)該對(duì)測(cè)桿利用塑料套進(jìn)行處理，確保沉降套管高度在路面結(jié)構(gòu)層高度以內(nèi)，并對(duì)管口進(jìn)行密封，在回填壓實(shí)后可進(jìn)行施工。應(yīng)用打設(shè)測(cè)釘方法可以對(duì)C2、C3 進(jìn)行布設(shè)，在結(jié)構(gòu)層施工工作完成后，可以將不銹鋼測(cè)釘打設(shè)在統(tǒng)一平面位置，之后可開展測(cè)量。其主要應(yīng)用光學(xué)測(cè)微器SOKKIA B20 Ⅱ水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降觀測(cè)，設(shè)定0.5mm 為1km 的返測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差。在監(jiān)測(cè)時(shí)間上，主要為基層施工開始一直到面層施工工作結(jié)束后半年，時(shí)間大約為230d，在施工過程中，其監(jiān)測(cè)頻率為1 周1 次，在面層鋪筑工作開始后，其監(jiān)測(cè)頻率為 2 周1 次。

2.3 影響分析

（1）結(jié)構(gòu)層施工。路面沉降、結(jié)構(gòu)厚度以及施工時(shí)間關(guān)系如圖2 所示。

圖2 施工時(shí)間關(guān)系圖

在監(jiān)測(cè)過程中，碎石墊層以及水泥穩(wěn)定碎石底基層加鋪工作完成后，和下一路面結(jié)構(gòu)層加鋪時(shí)間間隔為T1，兩層18cm 厚水泥穩(wěn)定碎石基層鋪設(shè)時(shí)間間隔是T2，瀝青混凝土下面層和水泥穩(wěn)定碎石基層施工時(shí)間間隔為T3，中面層和上面層施工時(shí)間間隔是T4，中面層鋪設(shè)完成后和監(jiān)測(cè)截止時(shí)間之間間隔為T5。經(jīng)過監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)新舊路面均有沉降情況出現(xiàn)，C1 為最大累計(jì)沉降位置。在K24+930 斷面，其具有70.9mm 最大累計(jì)沉降，在K24+350 斷面，其具有47.2mm 累計(jì)沉降。依照時(shí)間和路基沉降關(guān)系曲線特征，應(yīng)用雙曲線模型，采用擬合分析方法，可以對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，即在15 年后，其監(jiān)測(cè)斷面分別為92.2mm 與74.8mm。

（2）路面差異沉降。設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)為舊路路肩沉降觀測(cè)點(diǎn)C3，之后可研究新舊路差異沉降以及橫向分布特征，如圖3、圖4 所示。

圖 3 差異沉降情況

圖4 橫向分布情況

結(jié)合圖3、圖4，可以對(duì)其沉降情況進(jìn)行有效分析。在K24+350 中，其試驗(yàn)?zāi)┢诘牟町惓两怠鱏1、△S2 數(shù)值分別為19.1mm、8.5mm；在K24+930 中，其試驗(yàn)?zāi)┢诘某两怠鱏1、△S2 數(shù)值分別為9.7mm、-0.3mm。

（3）結(jié)果分析。①累計(jì)沉降。在本文中，試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面均有沉降情況出現(xiàn)，其沉降原因主要可概括為兩個(gè)主要方面：因新路基荷載影響，地基出現(xiàn)固結(jié)沉降情況；因自身荷載影響，新路堤壓縮變形。在路面鋪筑過程中，K24+350 以及K24+930 的地基頂面沉降速度分別為3mm/ 月以下以及5.6 ～7.5mm/ 月。在結(jié)構(gòu)施工開始后，其沉降分別為29.4mm、55.7mm,路堤頂面沉降為47mm、71mm，壓縮變形為22mm、12mm。CFG樁復(fù)合地基沉降均有存在，在軟土層打設(shè)過程中，樁身壓縮會(huì)導(dǎo)致其加固區(qū)出現(xiàn)沉降情況，如果沒有打設(shè)至穩(wěn)定持力層，或是其樁具有較差質(zhì)量，就有可能造成沉降較大的問題出現(xiàn)。在該試驗(yàn)段中，受到軟土層的影響，可能存在沒有打穿現(xiàn)象，在施工期間產(chǎn)生固結(jié)沉降。為讓此情況的出現(xiàn)得到有效避免，需要全面做好地質(zhì)勘察工作，并對(duì)勘察結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析，以軟土地層物理性質(zhì)及分布情況信息來支撐設(shè)計(jì)施工工作。對(duì)這兩個(gè)斷面的路堤產(chǎn)生壓縮沉降量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該路堤土壓實(shí)度控制效果相對(duì)較好。②差異沉降。在該試驗(yàn)段中，C1、C2、C3 均具有相對(duì)較小的累計(jì)差異沉降，其控制措施應(yīng)用效果相對(duì)較好。但值得注意的是，在K24+930 中，加鋪結(jié)構(gòu)層時(shí)，舊路路基有很大沉降現(xiàn)象出現(xiàn)，在瀝青混凝土面層加鋪過程中，這種沉降現(xiàn)象表現(xiàn)尤為明顯。其根本原因是該路段具有較為深厚的軟基，且應(yīng)用塑料排水管進(jìn)行加固時(shí)，在深度上存在著施工問題，拓寬新路堤荷載也會(huì)讓舊路基的固結(jié)沉降平衡性被打破。因此，在設(shè)計(jì)施工過程中，應(yīng)對(duì)舊路基固結(jié)沉降現(xiàn)象予以高度重視，如果這種沉降較為嚴(yán)重，就有可能讓路面有凹陷存在，影響其排水性能以及使用壽命。但就總體而言，該試驗(yàn)段差異沉降與總沉降均處于可容限度內(nèi)，其整體擴(kuò)建施工效果相對(duì)較好。

3 結(jié)束語

綜上所述，固結(jié)差異變形以及壓縮沉降變形是不均勻沉降中的兩種主要類型，結(jié)合文章擴(kuò)建工程案例，可以得知在應(yīng)用CFG 樁開展擴(kuò)建工程時(shí)，如果施工區(qū)域?yàn)檐浲恋貐^(qū)，那么應(yīng)提前做好相應(yīng)的地質(zhì)勘探工作，需要確保地基處理效果以及路堤填土壓實(shí)度滿足施工要求。同時(shí)，應(yīng)對(duì)舊路的固結(jié)程度進(jìn)行全面了解，以保證地基處理方式的合理性。只有這樣，才能讓高速公路擴(kuò)建工程不會(huì)出現(xiàn)路基沉降問題，保證公路工程的順利投運(yùn)。