高速公路零征地加筋拓寬路堤監(jiān)測分析

鄭智能，凌天清，周 濱

(1.重慶交通大學(xué)土木與建筑學(xué)院，重慶400047;2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶400044;3.廣東高速公路有限公司，廣東廣州528231)

佛開高速公路于1996年12月正式建成通車;隨著該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量急劇增加，原4車道已不適應(yīng)經(jīng)濟(jì)高速增長的需要。佛開高速公路擴(kuò)建工程就是對原高速公路兩旁各加寬兩車道，使原雙向4車道變?yōu)殡p向8車道。佛開高速公路拓寬工程具有征地難題、路基填土高、地基軟土性質(zhì)差等特點(diǎn)。

由于拓寬路基和老路基的修筑歷史、填料等差異問題，路基拓寬往往存在穩(wěn)定性問題和不協(xié)調(diào)變形兩大類的問題;新老路基的不協(xié)調(diào)變形將會導(dǎo)致路基、路面的開裂，路邊水下滲等危害[1-4]。如何保證拓寬路基的穩(wěn)定性和減少新老路基的不協(xié)調(diào)變形，是拓寬工程需要解決的問題。桂炎德等[5]在滬杭甬高速拓寬工程中，對結(jié)合部采取了填料控制、防水、排水、加筋、臺階挖設(shè)等措施;周志剛等[6]通過非線性有限元計算分析，結(jié)合現(xiàn)場沉降觀測、FWD彎沉檢測，論證了土工格網(wǎng)處治填挖交界路基非均勻沉降的合理性。凌建明等人[7]對新老路基結(jié)合面處治、拓寬路基填料及壓實(shí)度控制、路基加筋、輕質(zhì)路堤、地基處理、支擋結(jié)構(gòu)以及路基路面綜合處治等7種技術(shù)的處治機(jī)理、效果和設(shè)計施工要點(diǎn)進(jìn)行了分析。以上這些研究與實(shí)踐主要集中在采用土工格柵等加筋材料以克服新老路基的不均勻沉降、對土工格柵減少不均勻沉降的設(shè)計方法與機(jī)理進(jìn)行研究;而對加筋拓寬路基實(shí)體工程的監(jiān)測、工程實(shí)體運(yùn)行效果的分析較少。

為解決佛開高速公路的軟基上路基加寬技術(shù)難題和難征地的社會問題，項目提出集拓寬路基不均勻沉降處理，軟基加固和邊坡加固、零征地功能一體的加筋拓寬技術(shù)方案。項目組對于該技術(shù)方案進(jìn)行過筋土界面拉拔試驗[8]、土工離心模型試驗[9]、足尺靜力試驗和數(shù)值分析等多方面的研究。本文主要是對零征地加筋拓寬路堤依托工程進(jìn)行監(jiān)測，以了解零征地加筋拓寬路基的工作性能，對以后類似的零征地加筋拓寬路基工程提供參考。

1 零征地加筋拓寬路基工程監(jiān)測方案

為保證監(jiān)測工作的可靠性，選擇了佛開高速公路K 12+905和k13+025兩個斷面為監(jiān)測斷面，這兩個斷面的地質(zhì)情況與路基情況是一致的。每個斷面的監(jiān)測包括沉降、水平位移、孔隙水壓力、土壓力等6個項目。具體斷面監(jiān)測儀器布置圖如圖1。具體儀器埋設(shè)見表1。

表1 加筋土擋土墻試驗斷監(jiān)測儀器布置

圖1 零征地加筋拓寬工程監(jiān)測斷面儀器布置圖

2 監(jiān)測結(jié)果分析

2.1 深部水平位移

加筋拓寬路堤試驗工程路段一共設(shè)置了6個測斜儀監(jiān)測點(diǎn)，分別為K12+910右路肩、K12+965右路肩、K13+025右路肩、K 12+905右坡角、K12+965右坡角和K13+025右坡角。

從測斜儀的監(jiān)測結(jié)果來看，各個斷面沿深度方向的水平位移量有所差異，但其大致數(shù)值范圍和規(guī)律是一致的。同一斷面處、同一水平深度，坡腳下的水平位移較路肩下的水平位移大。隨著深度的增大，位移逐漸減小。路肩累計最大位移約為8mm;坡腳最大累計位移約為20mm。各斷面的深部水平位移主要是發(fā)生在施工期內(nèi)，施工結(jié)束后，各點(diǎn)的位移變化較小。從以上監(jiān)測結(jié)果可以看出，即使考慮施工期間，由于設(shè)置水平向的土工格柵，使工程的水平位移大大減少;土工格柵增強(qiáng)了路基的穩(wěn)定性。

2.2 路肩沉降

共選擇了7個斷面的路肩進(jìn)行沉降監(jiān)測;監(jiān)測結(jié)果見圖2。

圖2 路肩沉降曲線

從圖2可以得到，從2006年3月到2008年6月的觀測期間，各斷面路肩沉降的規(guī)律是一致的?？梢园殉两捣譃閮蓚€階段:從2006年3月到2007年2月第一階段;2007年2月之后為第二階段。第一階段為施工結(jié)束初期，路肩快速沉降、各個斷面路肩的沉降較大，達(dá)20～40mm。該期間的沉降量約占總沉降量的95%以上。第二階段為平穩(wěn)期，路肩基本沒有沉降。

2.3 孔隙水壓力

對K13+025斷面上，6.5m，8.5m和11.5m三個不同深度的空隙水壓力進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

圖3 K13+025孔隙水壓力曲線

從圖3可以得到，在監(jiān)測周期內(nèi)，各個監(jiān)測點(diǎn)的孔壓基本沒有變化。孔隙水壓力僅隨該點(diǎn)深度增加而增大;而與路堤填筑進(jìn)程的關(guān)系不明顯。路堤拓寬工程的填筑并沒有在軟土地基內(nèi)產(chǎn)生明顯的超孔隙水壓力。這說明在該工程中，粉噴樁處理后的軟土地基被壓縮較少，路堤荷載主要由軟基處理的粉噴樁承受;粉噴樁是一種剛性樁，與周圍的土體并不是協(xié)調(diào)變形。

2.4 全斷面累計沉降

對K12+905和K13+025兩個斷面的坡腳按裝水平沉降管，進(jìn)行累計沉降監(jiān)測。兩個斷面監(jiān)測結(jié)果類似，僅以K13+025斷面進(jìn)行討論;K13+025斷面累計沉降監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行如圖4所示。

從圖4可以看出，全斷面沉降呈U形;斷面沉降的最大發(fā)生在距離坡腳向內(nèi)0.8～1.0m處，最大沉降約為190mm。各測點(diǎn)在2006年12月12日到2008年6月25日期間，沉降曲線都集中在一個狹窄的帶內(nèi)，該段時間內(nèi)各點(diǎn)的沉降差異最大約為25mm;在2007年2月15日后，各點(diǎn)的沉降變化很小。說明加筋拓寬路堤的沉降主要發(fā)生在路基的施工及其完成初期，而后來的運(yùn)營期間的沉降較小。因此為避免拓寬路基的不均勻沉降導(dǎo)致路面開裂，對于拓寬路基應(yīng)先進(jìn)行一段時間(本工程的預(yù)壓期選擇為6個月)的堆載預(yù)壓，然后再修筑路面。

圖4 K13+025全斷面沉降曲線

2.5 樁頂及樁間土壓力

K12+905和K13+025兩個斷面埋設(shè)了土壓力盒，對粉噴樁頂和樁間的垂直土壓力進(jìn)行的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見圖5。

圖5 土壓力曲線

從圖5可以看出。在路堤修筑的初期，樁頂壓力、樁間壓力和填土壓力線三者大小基本相等，而在緊接的后面時期，樁頂?shù)耐翂涸黾虞^快，并且遠(yuǎn)大于了填土的壓力線和樁間土壓力;而在這個時間樁間的土壓力基本保持不變。監(jiān)測結(jié)果表明為剛性的粉噴樁承受主要路堤荷載，而樁間土基本未承受荷載。這與空隙水壓力監(jiān)測結(jié)果反映的情況是一致的。

2.6 土工格柵上柔性位移計監(jiān)測

依托工程分別對K12+905和K13+025兩斷面的上、中、下三個部位的土工格柵的變形位移進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 土工格柵帶變形位移曲線

從圖6可以看出，隨著時間特別是在施工期間，土工格柵變形發(fā)生著動態(tài)變化。從施工到2007年8月，整個路堤內(nèi)部應(yīng)力逐漸調(diào)整，到2007年8月之后，土工格柵的位移量變化較小。因此在拓寬路基工程修筑早期，拓寬路基內(nèi)部應(yīng)力和變形，地基沉降等不斷的調(diào)整變化，從而造成土工格柵的應(yīng)力和變形發(fā)生動態(tài)的變化。土工格柵受力過程中容易形成局部應(yīng)力集中，因此在選取土工格柵時應(yīng)采用較大的安全系數(shù)。

3 結(jié)語

綜合各觀測數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論:

(1)各項測試數(shù)據(jù)看，在監(jiān)測期末零征地拓寬路基各項測試數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，拓寬路堤已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)各監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測值變化主要發(fā)生在修筑路堤期與路堤完工后3個月內(nèi)，工后期間各監(jiān)測值變化較小。比如累計最大側(cè)向位移約為20mm，但該累計側(cè)向位移中約15mm發(fā)生在路堤修筑期間。設(shè)計方案和施工方案較好，能保證拓寬工程的變形和穩(wěn)定性要求。

(3)孔隙水壓和土壓力測試結(jié)果都表明:采用粉噴樁處理軟土地基，粉噴樁為剛性樁，樁與樁間土不是協(xié)調(diào)變形，粉噴樁主要承受上部荷載。

(4)對比各項監(jiān)測指標(biāo)，經(jīng)過雨季期過程中，斷面的沉降的變化較明顯，而其他指標(biāo)(側(cè)向水平位移、土壓力、孔隙水壓力等)基本上無變化。因此，對于軟土地基上的加筋土擋墻，為了保證拓寬工程的長期變形性能，應(yīng)嚴(yán)格控制軟土地基的處理及其沉降，并做好工程的防排水處理。

(5)零征地加筋拓寬路堤的水平位移和沉降主要發(fā)生在路基的施工及其完成初期，而后來的運(yùn)營期間的沉降較小。因此為避免拓寬路基的不均勻沉降導(dǎo)致路面開裂，對于拓寬路基應(yīng)采用先進(jìn)行一段時間的堆載預(yù)壓，然后再修筑路面的施工方法。

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