柳建明

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

由于近年來我國經濟的快速發(fā)展，車輛大型化，交通量增長遠超預期，很多早期建設的高速公路已不能適應交通運輸?shù)囊?，急需進行拓寬改建。高速公路改擴建工程一般采用加寬路基的方式進行設計與施工，施工中新舊路基沉降變形存在較大的差異性。新建路基由于與舊路基情況不同，在施工過程中和通車后會出現(xiàn)較大的沉降，與舊路基沉降存在較大差異，導致路基出現(xiàn)不均勻沉降。因此，高速公路拓寬改造工程要重點對路基的不均勻沉降進行預防和處治，尤其是對軟弱地基路段必須進行重點設計?；谏轿魇饶掣咚俟返耐貙捀脑旃こ虒嵺`，對原有舊路基、新舊路基結合處和新路基的沉降進行了觀測，分析了拓寬后原有舊路基與新路基的沉降情況，對其沉降變形隨時間的變化情況進行了統(tǒng)計，分析了兩個監(jiān)測段路基不同部位的累計沉降變化規(guī)律，對拓寬后的路基施工質量進行評估。

1 工程概況

山西省內某高速公路為早期建設，建設標準為雙向四車道。由于近年來交通量增長迅速，且向車輛大型化發(fā)展，原有路面結構已不能滿足日益增長的行車要求，擬進行拓寬擴建改造工程。設計采用兩側拓寬，擴建后按照雙向八車道、四車道高速公路標準進行建設，全線長度44 km。

該路段不良地質主要為軟土和濕陷性黃土，其中軟土主要分布在K23+430—K26+640、K30+220—K34+450、K36+550—K38+240 等路段。該路段的軟土主要呈深灰色，主要成份為淤泥和粉質黏土，具有易被壓縮、含水量高、強度低等特點。濕陷性黃土主要分布在K9+380—K12+620、K15+330—K17+240、K27+150—K28+980、K40+110—K41+350 等 路 段。該路段濕陷性黃土顏色為黃褐色，具有可塑性，內部孔隙發(fā)育，導水性強，弱濕陷性等工程特點，土層分布厚度一般為0.8～3.1 m，最厚處達4.2 m。施工路段地下水位較高，且存在上層滯水。

2 改擴建路基拓寬差異沉降計算方法分析

2.1 理論基礎

高速公路路基拓寬施工后，原有舊路基與新路基的沉降存在很大的差異性，雖然在施工過程中采取了加固措施，但是二者的沉降仍然存在明顯的差異。原有舊路基在運營使用一段時間后，其固結沉降已基本完成。在高速公路路基進行拓寬施工過程中，由于改變了舊路基上原有的荷載作用，造成舊路基出現(xiàn)了第二次沉降變形。同時，新建路基只在自重作用下，至施工結束前所產生的沉降稱為第一次沉降；完工后，在自重和車輛荷載的復合作用下，新建路基所產生的沉降稱為第二次沉降[1]。

2.2 拓寬路基差異沉降計算方法

對拓寬路基差異沉降計算方面的研究，主要包括最大差異沉降計算和路基沉降隨時間的變化規(guī)律[2]?，F(xiàn)階段，對最大差異沉降計算的研究已比較成熟，預估的誤差較小。而對路基沉降隨時間的變化規(guī)律的研究還有些欠缺，由于不同填土物理性質的差異、施工工藝的差異較大，尚不能形成統(tǒng)一的結果。目前對拓寬路基差異沉降的研究通常采用反分析法，即通過沉降監(jiān)測得到的數(shù)據進行分析，得出經驗公式，進而推斷隨時間變化路基沉降的變化規(guī)律。在工程實踐中通常采用經驗系數(shù)法進行路基沉降計算，確定路基主固結沉降，主要計算方法和計算公式如下。

通過對e-p 曲線進行分析，分析確定主固結沉降計算公式如式（1）：

式中：n 為路基沉降分層計算的層數(shù)；Δhi為路基分層后第i 層厚度，一般為0.5～1.0 m；eoi為路基分層與第i 層路基土自重穩(wěn)定以后的有關孔隙比；eli為路基分層與第i 層路基土在附加荷載及自重穩(wěn)定以后的有關孔隙比。

選取壓縮模量作為研究對象，分析確定主固結沉降計算公式如式（2）：

式中：ΔPi為第i 層路基分層中點應力增值；Esi為第i 層路基分層壓縮模量值；Δhi為第i 層路基分層厚度，一般為0.5～1.0 m。

以上計算方法主要以每層沉降變形作為分析對象，沒有充分考慮各土層之間的相互作用，因此得出的計算結果會存在較大的誤差。結合路基實際情況，進行總結分析，充分考慮各土層之間的相互作用，得出了較為準確的計算公式，計算方法如式（3）：

式中：S工后為路基施工后的總沉降量；S新總為新建路基的總沉降量；S舊總為舊路基的總沉降量；U't為拓寬施工之前的舊路基固結度；Ut為拓寬施工之后的新路基含有的固結度。

由于在研究過程中舊路基的第一次沉降已經完成，所以U't=100%，原計算公式可簡化為：

式中：S拓總為新建路基的最終沉降量與舊路基第二次沉降之和。

3 高速公路改擴建路基加寬不均勻沉降控制方法

3.1 地基加固處治方法

本項目所在路段存在軟土地基和次生濕陷性黃土，易出現(xiàn)不均勻沉降，設計中擬對該區(qū)域采用CFG 樁- 網復合地基進行處理，組成結構見圖1[3]。CFG 樁- 網復合地基主要由土工格柵、褥墊層、CFG樁以及填土組成的復合結構，由于樁端直接落在持力層，可有效提高地基的承載能力，降低路基不均勻沉降。另外，在土工格柵的作用下，可以有效改善地基的受力狀態(tài)，使路基土均勻受力，減小軟土層的壓縮變形，進而達到減少路基土沉降變形的目的。

圖1 CFG-網復合地基

3.2 拓寬路基沉降控制方法

原有舊路基在車輛荷載及其自重的長期作用下，已趨于穩(wěn)定，完工后所產生的二次沉降變形很小。而新建路基由于尚未固結完成，還需要一段時間才能夠變形穩(wěn)定，而且相比舊路基的變形量和變形速度均較大。

為了降低由于新舊路基沉降變形差異所產生的不均勻沉降，必須在施工中采取措施進行防治。首先，在路基拓寬過程中，必須對填挖結合段開挖內傾臺階。路基填筑過程中采用分層填筑、分層壓實、分層檢驗，確保壓實質量。另外，在路基頂部鋪設雙層鋼塑土工格柵，起到加筋作用[4]。在臺階的作用下可以增強鋼塑土工格柵的加筋效果，可以增大土體的抗拉能力。將舊路基上沒有壓實的不穩(wěn)定填土進行換填，再次壓實保證新舊路基結合處的穩(wěn)定性。

4 高速公路改擴建路基加寬段沉降監(jiān)測分析

4.1 路基沉降監(jiān)測點布設

圖2 路基橫斷面與沉降監(jiān)測點布設

該項目采用雙側加寬，觀測過程中重點對舊路基、新舊路基結合處、新路基邊緣處3 部分分別進行觀測，并對觀測結果進行記錄分析，確定沉降變形情況[5]。選取軟土地基沉降監(jiān)測路段作為研究對象，監(jiān)測點每個斷面布置3 個，即在舊路基、新舊路基結合處、新路基邊緣處上各布設一個。本文選取兩個測段進行試驗分析，其中第一測段監(jiān)測點布設編號為1-1 號、1-2 號和1-3 號點，第二測段監(jiān)測點布設編號為2-1 號、2-2 號和2-3 號點，路基橫斷面與沉降監(jiān)測點布設詳見圖2。

4.2 路基沉降監(jiān)測數(shù)據收集與分析

通過對所選兩個監(jiān)測路段測量數(shù)據進行收集，分別對舊路基、新舊路基結合處、新路基邊緣處的累計沉降量隨時間變化的規(guī)律進行分析，并繪制變形規(guī)律曲線詳見圖3～圖6。

圖3 第一測段路基累計沉降時間曲線

圖4 第二測段路基累計沉降時間曲線

通過對圖3 和圖4 所示累計沉降量時間曲線進行分析，可以看出第一測段與第二測段路基沉降趨勢基本相同。其中1-1 號點和2-1 號是舊路基累計沉降隨時間變化曲線，從曲線走勢上可以看出累計12 個月舊路基的累計沉降量低于2 mm。通過對圖5和圖6 所示累計沉降速率時間曲線進行分析可以得出，兩條曲線基本接近一條直線，這說明舊路基的沉降量很小，且基本趨于穩(wěn)定。

通過對圖3 和圖4 所示新舊路基結合處監(jiān)測點1-2 號點和2-2 號累計沉降量時間曲線分析可知，在一年12 個月監(jiān)測中1月至7月監(jiān)測點處的累計沉降量增加到9 mm 左右，且前期路基沉降增長速度較快；而后5 個月沉降量增加較小，其中2-2 號點后5 個月累計增加約1 mm，而1-2 號點相對較大，累計增加約2 mm。通過圖5 和圖6 中累計沉降速率時間曲線可以看出，二者增長速率均明顯放緩，且逐漸趨于穩(wěn)定。

圖5 第一測段路基累計沉降速率時間曲線

圖6 第二測段路基累計沉降速率時間曲線

1-3 號和2-3 號點為拓寬后新路基邊緣位置的監(jiān)測點，通過對累計沉降時間曲線和累計沉降速率時間曲線分析可知，其沉降變形規(guī)律與新舊路基結合處沉降變化基本一致，但是監(jiān)測所得到的最大累計沉降量不同，1-3 號和2-3 號點累計沉降值明顯高于1-2 號和2-2 號點，且第一測段最終累計沉降量明顯高于第二測段。

5 結語

通過對在建高速公路拓寬改建后的舊路基、新舊路基結合處、新路基邊緣處沉降進行觀測，并對路基累計沉降變形隨時間變化情況進行分析，繪制了累計沉降時間曲線和累計沉降速率時間曲線，統(tǒng)計分析后得出以下結論：

a）原有舊路基所產生的累計沉降量較少，這主要是舊路基經過多年的運營使用，已經變形穩(wěn)定，雖然施工改變了路基上部的荷載，但是舊路基在產生較小沉降后很快固結穩(wěn)定。

b）新舊路基結合處所產生的沉降變形前期較大，后期逐漸穩(wěn)定，且累計沉降值最高達到了9 mm，說明采用CFG 樁- 網復合地基、土工格柵、挖臺階等加固方法有效提高了路基的承載能力，達到了預期效果。

c）新路基邊緣處的累計沉降超過10 mm，最高累計沉降值達到16 mm，較大沉降會造成路面結構的破壞，可能在路面上出現(xiàn)縱向裂縫，必須進行處治，比如提高路基壓實度、提高路基加固寬度、采用土工合成材料加筋土等技術進行優(yōu)化改進。