駐信高速改擴(kuò)建工程路基沉降觀測(cè)研究

魏建國(guó)， 李　洋， 王　晶

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙　410114)

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駐信高速改擴(kuò)建工程路基沉降觀測(cè)研究

魏建國(guó)， 李洋， 王晶

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙410114)

摘要：針對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程中路基拓寬的主要技術(shù)問題進(jìn)行研究，結(jié)合河南省駐馬店到信陽高速公路改擴(kuò)建工程，采用分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)理論分析等方式，對(duì)路基沉降進(jìn)行了研究，選擇未做地基處理斷面、水泥攪拌樁處理斷面以及CFG處理等3種斷面，每種斷面各取2個(gè)典型斷面做路基沉降研究，在觀測(cè)周期基本一致的情況下，分析和比較3種路基處理方式的沉降大小，穩(wěn)定性以及處理效果，比選出該地區(qū)最優(yōu)的地基處理方式。結(jié)果表明水泥攪拌樁和CFG樁處理過的工后沉降比土石方路基工后沉降量小得多，并且在駐信改擴(kuò)建地區(qū)水泥攪拌樁的工后效果比CFG樁處理效果更好一些，總沉降量更少一些，此地基處理方案更適合駐信改擴(kuò)建地區(qū)。

關(guān)鍵詞：高速公路； 改擴(kuò)建； 地基處理； 沉降觀測(cè)

0引言

一些大營(yíng)運(yùn)量的高速公路開始經(jīng)常出現(xiàn)交通量飽和勢(shì)態(tài)，這主要是由于高速公路的交通量逐年增加，使得高速公路服務(wù)優(yōu)勢(shì)大打折扣，很難再和高速、快捷、暢通聯(lián)系在一起。像其他發(fā)達(dá)國(guó)家一樣在兩個(gè)目的地之間修筑數(shù)條相互獨(dú)立的高速公路，在中國(guó)這個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r下是很難行通。對(duì)原有高速公路進(jìn)行拓寬改建則是一個(gè)較為可行的辦法。在高速公路改擴(kuò)建中，由于新老路基的填筑先后，造成路堤固結(jié)程度不同、承受荷載不同，即而新老路基的沉降變形模式也不同于普通一次成型的路基[1]。尤其對(duì)于路基為軟土等高壓縮性的土層，若不采取有效的工程措施，這種沉降差異將會(huì)在路基及路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生彎拉應(yīng)力，這種彎拉應(yīng)力和路面荷載共同作用于路面，加劇路面結(jié)構(gòu)的錯(cuò)臺(tái)、裂縫、疲勞破壞等病害，降低路面結(jié)構(gòu)耐久性和縮短其使用年限，影響車輛正常安全行駛，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。故拓寬路基差異沉降的控制是高速公路拓寬建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容[2]。

因此，解決新老路基差異沉降問題是高速公路拓寬改建工程的關(guān)鍵技術(shù)難題。在國(guó)內(nèi)已完成的高速公路拓寬改建工程，還沒有經(jīng)典的施工技術(shù)范例和實(shí)施參照規(guī)程，來指導(dǎo)今后的路基拓寬改建工程[3]?，F(xiàn)有的很多路基拓寬工程處治后并不能達(dá)到預(yù)定的效果，通常會(huì)出現(xiàn)諸多路面和路基的常見病害，例如路基的開裂、路面裂縫、路基的錯(cuò)臺(tái)等病害[4]。

本文通過長(zhǎng)期的沉降觀測(cè)，著重分析了3種典型的路基處理方式的沉降大小和效果。在做沉降觀測(cè)的斷面中選擇2個(gè)典型斷面來分析沉降數(shù)據(jù)，以確定沉降大小，填筑期間路基是否穩(wěn)定。水泥攪拌樁以及CFG樁作為地基處理在駐信高速公路改擴(kuò)建工程中應(yīng)用較為廣泛，在大量的觀測(cè)斷面中各選2個(gè)典型斷面分析沉降數(shù)據(jù)，以確定2種地基處理方式的處理效果。由于埋設(shè)時(shí)路基施工到96區(qū)第2層，故只能作路基表面的沉降觀測(cè)，可確定路基的整體沉降，確定路基穩(wěn)定的時(shí)間。

1沉降檢測(cè)方案

沉降觀測(cè)點(diǎn)采用道釘和沉降板，道釘(測(cè)點(diǎn)1)埋設(shè)于老路硬路肩靠近邊緣位置，沉降板(測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3)埋設(shè)于與道釘同一斷面的新路基中間位置以及路基邊緣內(nèi)側(cè)1 m左右位置，如圖1。

圖1　沉降觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖

沉降板由鋼板、金屬測(cè)管和悶頭組成(如圖2)。隨填土的增高，測(cè)管亦相應(yīng)接高。接高后的測(cè)管上口應(yīng)加蓋悶頭，便于立尺。實(shí)際操作時(shí)，在第1層壓實(shí)面上挖土坑(深20～30 cm)，保證測(cè)管的豎直度，并使悶頭頂?shù)陀诂F(xiàn)碾壓面8～10 cm，隨即測(cè)量管頂標(biāo)高(初讀數(shù))。在第2層土碾壓之后，開挖出管頭，測(cè)量此時(shí)管頂標(biāo)高，該標(biāo)高與上次標(biāo)高之差，即為本層填土導(dǎo)致的沉降；在該管頂位置接上一節(jié)鋼管，埋好并人工壓實(shí)，應(yīng)始終保證管頂在碾壓面以下8～10 cm。如此往上接長(zhǎng)測(cè)量管直至路堤頂面。鋼釘由采用普通鋼制鐵釘，需要有較高的硬度[5]，如圖2。

圖2　沉降板構(gòu)造示意圖及道釘設(shè)置圖

觀測(cè)頻率取決于沉降速率，務(wù)必使系統(tǒng)觀測(cè)的次數(shù)確實(shí)能反映出沉降過程，并使觀測(cè)數(shù)據(jù)在指定時(shí)間段內(nèi)反映可靠的沉降量，又不遺漏沉降變化的時(shí)刻。

加寬路堤填筑期沉降速率較大，觀測(cè)頻率應(yīng)高一些，一般每填筑1～2層或5～10 d觀測(cè)1次；預(yù)壓初期(1～2個(gè)月)每月觀測(cè)2～3次，后期沉降曲線一般走向平緩，可調(diào)整為每月觀測(cè)1次；加寬路面施工期沉降曲線走向平緩，可以每層觀測(cè)1次，若下層與上層施工間隔較長(zhǎng)，可適當(dāng)增加次數(shù)[6]。

2土石混填路基沉降觀測(cè)研究

選取典型的沉降觀測(cè)斷面K18+680左幅(斷面1)以及K18+680右幅(斷面2)2個(gè)斷面，由資料可知兩斷面均為土石混填路基，填高均為6.2 m，K18+680左幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-05-01，K18+680右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-06-07，右幅由于施工現(xiàn)場(chǎng)各種原因觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)間晚了1個(gè)月。K18+680右幅原地面由于表層2 m左右為軟土路基，采用土石料做了換填處理。斷面1(圖3)以及斷面2沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖4和圖5。

由圖4、圖5可知斷面1和斷面2的沉降最大點(diǎn)均為測(cè)點(diǎn)2，累計(jì)沉降分別為34.88 mm、30.12 mm；沉降最小點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)1，累計(jì)沉降分別為12.59 mm、5.6 mm；測(cè)點(diǎn)3沉降居中。分析原因可能是測(cè)點(diǎn)2位置接近新路基填筑的重心位置，且過往施工車輛多從新路基中部通過故測(cè)點(diǎn)2沉降最大；累計(jì)沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第93天觀測(cè)值為1.28 mm/d，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。兩斷面均為測(cè)點(diǎn)1沉降最小，分析原因可能是老路基經(jīng)過10 a運(yùn)營(yíng)路基沉降基本穩(wěn)定，但由于新路基施工的擾動(dòng)故產(chǎn)生一定沉降，不過相對(duì)來說沉降較小，段面1、斷面2兩斷面測(cè)點(diǎn)1沉降僅為測(cè)點(diǎn)2的36.10%和18.59%，新路施工對(duì)老路有一定的影響，需要施工單位注意，避免對(duì)老路影響過大。

圖3　斷面1沉降板埋設(shè)以及沉降觀測(cè)

圖4　斷面1累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

圖5　斷面2累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

由圖4、圖5可以看出測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)3觀測(cè)過程中有沉降上升的現(xiàn)象，測(cè)點(diǎn)1由于施工過程中新路基對(duì)老路基有擠壓作用，導(dǎo)致老路基有上升現(xiàn)象；測(cè)點(diǎn)3可能是由于施工擾動(dòng)的原因。

通過對(duì)土石混填路基近4個(gè)月的觀測(cè)，路基沉降較小，說明按路基拼接施工工法施工的路基穩(wěn)定較好，滿足改擴(kuò)建施工要求。

3水泥攪拌樁處理地基沉降觀測(cè)研究

水泥攪拌樁由于其工后效果較好，單價(jià)較低，因此在駐信高速公路改擴(kuò)建工程中被大量使用。選取典型的的沉降觀測(cè)斷面K83+350右幅(斷面1)以及K57+250右幅(斷面2)，由資料可知斷面1為填土路基，填高為7.4 m，位于橋頭，路基填土為含砂低液限粘土，采用摻灰4%處理，石灰攪拌樁處理地基深度為8 m；斷面2為填石路基，填高為6.78 m，也位于橋頭，石灰攪拌樁處理地基深度為8 m。K83+350右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-04-29，K57+250右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-04-24，兩斷面觀測(cè)時(shí)間相當(dāng)。斷面1、斷面2觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖6和圖7。

圖6　斷面1累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

圖7　斷面2累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

由圖6、圖7可知斷面1、2的沉降規(guī)律與圖4、圖5相似，測(cè)點(diǎn)2沉降最大，分別為11.07 mm、16.8 mm；測(cè)點(diǎn)1沉降最小，分別為2.93 mm，3 mm，測(cè)點(diǎn)3沉降居中。累計(jì)沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第79天觀測(cè)值為0.62 mm/d，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。

由圖6可以看出第60天和第80天觀測(cè)時(shí)，斷面1的3個(gè)測(cè)點(diǎn)均發(fā)生沉降上升的情況，與沉降觀測(cè)規(guī)律不相符，分析原因可能是采用含砂低液限粘土填筑路基，觀測(cè)之前剛下過雨，含砂低液限粘土具有一定的膨脹性，雖經(jīng)過4%石灰處理但土質(zhì)仍然具有一定的膨脹性，故路基沉降上升。說明該斷面路基填筑施工時(shí)須注意雨水的及時(shí)排除。由于路基觀測(cè)時(shí)路基填筑還在進(jìn)行，路基沉降還未趨向穩(wěn)定，因此還需要繼續(xù)觀測(cè)。

由圖4以及圖5可知地基未處理斷面沉降最大點(diǎn)為斷面1(K18+680左幅)的測(cè)點(diǎn)2，累計(jì)沉降為34.88 mm；水泥攪拌樁處理路基沉降最大點(diǎn)為斷面2(K57+250右幅)的測(cè)點(diǎn)2，累計(jì)沉降為16.8 mm，為地基未處理斷面最大沉降的48.17%，且K18+680左幅與K57+250右幅填高相近，證明了水泥攪拌樁確實(shí)可以達(dá)到減少路基沉降的效果。

通過對(duì)水泥攪拌樁地基處理路段4個(gè)月的觀測(cè)，沉降很小，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定值，說明水泥攪拌樁處理后路基穩(wěn)定較好，水泥攪拌樁施工工法效果較好，滿足改擴(kuò)建施工要求[7]。

4CFG樁處理地基沉降觀測(cè)研究

選取典型的沉降觀測(cè)斷面K34+400右幅(斷面1)以及K44+450右幅(斷面2)。由資料可知斷面1為填石路基，填高為5.9 m，位于橋頭，CFG樁地基處理深度為8 m；斷面2為填石路基，填高為5.6 m，也位于橋頭，CFG樁地基處理深度為8 m。K34+400右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-05-01，K44+450右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-05-06，兩斷面觀測(cè)時(shí)間相當(dāng)。斷面1、斷面2觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖8和圖9。

由圖8、圖9可知斷面1、2的沉降規(guī)律與圖4、圖5相似，測(cè)點(diǎn)2沉降最大，分別為18.63 mm、16.57 mm；測(cè)點(diǎn)1沉降最小，分別為1.56 mm，3.42 mm，測(cè)點(diǎn)3沉降居中。累計(jì)沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第8天觀測(cè)值為0.33 mm/d，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。

由圖4以及圖5可知地基未處理斷面沉降最大點(diǎn)為斷面1(K18+680左幅)的測(cè)點(diǎn)2，累計(jì)沉降為34.88 mm；CFG樁處理地基沉降最大點(diǎn)為斷面1(K34+400右幅)的測(cè)點(diǎn)2，累計(jì)沉降為18.63 mm，為地基未處理斷面最大沉降的53.41%，且K18+680左幅與K34+400右幅填高相近，證明了CFG樁確實(shí)可以達(dá)到減少路基沉降的效果。

圖8　斷面1累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

圖9　斷面2累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

通過對(duì)CFG樁地基處理路段4個(gè)月的觀測(cè)，沉降很小，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定值，說明CFG樁處理后路基穩(wěn)定性較好，水泥攪拌樁施工工法效果較好，滿足改擴(kuò)建施工要求。

5結(jié)語

本文主要介紹了駐信高速公路改擴(kuò)建工程按新舊路基拼接施工工法施工的路基以及水泥攪拌樁、CFG樁做地基處理路基的沉降觀測(cè)研究。對(duì)各自沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)做了詳細(xì)的分析，并對(duì)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)做了比較。結(jié)論如下：

1) 按新舊路基拼接施工工法施工的土石混填路基沉降最大點(diǎn)為34.88 mm，累計(jì)沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第93天觀測(cè)值1.28 mm/d，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。

2) 各觀測(cè)斷面的沉降最大值均為測(cè)點(diǎn)2，最小值為測(cè)點(diǎn)1，測(cè)點(diǎn)3沉降值居中。分析原因?yàn)椋簻y(cè)點(diǎn)2位置接近新路基填筑的重心位置，且過往施

工車輛多從新路基中部通過故測(cè)點(diǎn)2沉降最大；測(cè)點(diǎn)1沉降最小可能是老路基經(jīng)過10 a運(yùn)營(yíng)路基沉降基本穩(wěn)定，但由于新路基施工的擾動(dòng)故產(chǎn)生一定沉降，不過相對(duì)來說沉降較小，需要施工單位注意，施工時(shí)避免對(duì)老路影響過大。

3) 在選取3種路基處理監(jiān)測(cè)方案中，水泥攪拌樁的沉降量最小。水泥攪拌樁處理地基斷面沉降最大值為16.8 mm，日平均沉降最大值為斷面1第79天觀測(cè)值為0.62 mm/d，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。沉降最大值為未做地基處理斷面沉降的48.17%，證明了水泥攪拌樁確實(shí)可以達(dá)到減少路基沉降的效果。在駐信高速改擴(kuò)建地區(qū)的3種典型地基處理方式中，水泥攪拌樁的效果是最好的。相比傳統(tǒng)的土石方路基處理方式來講，水泥攪拌樁處理和CFG樁處理的工后效果較好，沉降量較小。相比CFG樁，水泥攪拌樁處理的效果更好，沉降量更小，并且造價(jià)相對(duì)CFG樁來說較低，故最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠并且控制沉降效果最好的是水泥攪拌樁處理方式?？稍谠摰貐^(qū)優(yōu)先選用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林青.高速公路拓寬道路差異沉降特性研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2014.

[2] 孫四平，侯蕓，郭忠印.舊路加寬綜合處治方案設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)考慮[J].華東公路，2002(5).

[3] 李晨明.高速公路改擴(kuò)建中路基拓寬的處理問題[J].遼寧交通科技，2002(5).

[4] 安喜民，盧曉杰.淺談舊路加寬路段路基處理[J].黑河科技，2000(1).

[5] 高博.高速公路改擴(kuò)建工程沉降觀測(cè)及評(píng)估技術(shù)研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2014.

[6] 張軍輝.軟土地基上高速公路加寬變形特性及差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)研究[D].南京：東南大學(xué)，2006.

[7] 楊華.高速公路路堤下水泥攪拌樁承載力及沉降的研究[D].南昌：華東交通大學(xué)，2009.

文章編號(hào)：1008-844X(2016)02-0037-04

收稿日期:2016-02-25

作者簡(jiǎn)介:魏建國(guó)( 1972-) ，男，博士，教授，研究方向: 道路與鐵道工程。

中圖分類號(hào)：U 416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A