拼寬路堤沉降變形現(xiàn)場測試與分析

馬昕宇

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理有限責任公司，山西 太原 030012）

一、概述

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，原有的高速公路設(shè)計通行能力已經(jīng)逐漸不能滿足車流量發(fā)展的需要，道路改擴建是提升道路等級或提高通行能力的常用方法，而路基拼寬是改擴建的重要環(huán)節(jié)。舊路改擴建后，由于舊路路基已經(jīng)沉降多年，處于基本穩(wěn)定的狀態(tài)。而新建路基沉降時間短，新舊路基銜接處必將產(chǎn)生不均勻沉降的現(xiàn)象，如果這種不均勻沉降引起的路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)附加應(yīng)力超過了材料的抗拉強度或界面強度，則容易在新舊路基銜接位置產(chǎn)生縱向裂縫，導(dǎo)致路面病害。因此，進行高速公路改擴建時，有必要對路面采取相應(yīng)的監(jiān)控措施并對其進行分析。

在山西省第一條改擴建高速公路——長邯高速公路改擴建中，對K741+500斷面進行了長期的沉降監(jiān)測和地基水平位移監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析了拼寬段不同填筑高度時地基的變形規(guī)律，并得出填筑完成后地基變形隨時間變化的規(guī)律，為準確把握路面施工的時機提供了依據(jù)，并據(jù)此對路基拼接質(zhì)量做出評估。

二、拼寬路堤變形現(xiàn)場測試方案

（一）地基沉降監(jiān)測

1、地基沉降監(jiān)測方法

地基沉降的監(jiān)控采用橫剖管—綜合測試儀進行。具體做法是將橫剖管埋設(shè)在新填路堤的底部，用綜合測試儀進行檢測，將兩次檢測得出的數(shù)據(jù)進行比較，求得沉降差。該方法具有不受地面施工影響、可連續(xù)多點觀測、精度可達0.5mm等優(yōu)點。

綜合測試儀由水平探頭、電纜線和讀數(shù)儀組成。水平探頭通過設(shè)置在其上的兩個間距為50cm的輪子在管中行走。探頭一端通過電纜線與讀數(shù)儀相連，可直接測得前、后測輪連線的傾角，不同位置時的傾角是變數(shù)，通過儀器中的軟件將測得的傾角換算成測輪前、后兩個接觸點的高差，并通過存儲儀采集獲得數(shù)據(jù)，再使用專用數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，最后將連續(xù)觀測的高差與水準點相連，求得各點高程與沉降量。

橫剖管橫斷面為圓形斷面，內(nèi)壁均勻光滑并具有良好的撓性、柔性和剛性。其埋設(shè)步驟為：

a.在原地面上挖溝，溝深不小于30cm；

b.將橫剖管底部和周邊用砂、土將溝填平、夯實；

c.在橫剖管管口處做一平臺（約40cm×40cm）作為參照平面；

d.在橫剖管外延50m處設(shè)一固定水準點，每次觀測時與管口現(xiàn)澆水準點連測可求得前、后測輪接觸點的高程變量。

2、沉降監(jiān)測點的設(shè)置

長邯高速公路改擴建工程在K741+500斷面處設(shè)置了橫剖管進行沉降變形監(jiān)測。

3、觀測頻率

在路堤填筑期間，一般每填筑1～2層或5～10d觀測一次；預(yù)壓初期需每月觀測2～3次。通車運行期間，一般一個月內(nèi)的沉降量在0～1mm之間，觀測頻率放寬至3個月觀測一次。

4、動態(tài)控制標準

在路堤填筑施工期應(yīng)采用新建道路的路堤施工動態(tài)控制標準，即監(jiān)控斷面的沉降速率每日不大于10mm。拼寬路段路面結(jié)構(gòu)施工時的控制標準為：拼接路堤施工至96區(qū)后，路面中心（人孔井）按二等水準觀測標準實測沉降速率每月應(yīng)小于2mm；底基層施工時的沉降速率為兩個月，平均月沉降速率應(yīng)小于3mm；瀝青面層拼接施工期的沉降速率每月應(yīng)小于1mm。

（二）地基水平位移監(jiān)控

1、監(jiān)測方法

地基水平位移監(jiān)控采用測斜管—綜合測試儀進行。具體方法為在新路堤邊坡坡腳處選擇典型斷面設(shè)置一根測斜管，通過綜合測試儀采集數(shù)據(jù)經(jīng)電腦計算進行地基深層水平位移測試。

2、測斜管的埋設(shè)方法

每根測斜管埋設(shè)深度以進入硬層為止（根據(jù)斷面的工程地質(zhì)條件并結(jié)合現(xiàn)場鉆孔情況而定）。測斜管埋設(shè)時一般采用小型鉆機打孔，直徑110cm為宜，豎直偏差率不大于1.5%。本觀測點采用的測斜管深度為10m，選定在K741+500左側(cè)拼寬斷面。

3、動態(tài)控制標準

在路堤填筑施工期，采用新建道路的路堤施工動態(tài)控制標準，即監(jiān)控斷面的水平位移速率每日不超過5mm。

三、拼寬段現(xiàn)場測試分析

按照設(shè)計，K741+500斷面左幅填土高度為12.7m，左幅拼寬16m，右幅完全利用。此斷面位于東陽關(guān)服務(wù)區(qū)靠近邯鄲方向，橫跨主線及A、B匝道。填方路堤的填料形式為就近調(diào)配的黃土，屬于細粒土。該路段屬于工程地質(zhì)分區(qū)IV1（黎城盆地平緩區(qū)），地勢平坦開闊，底層巖性上部主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)黃土狀土（粉質(zhì)黏土）；地層巖性中部主要是第四系上更新統(tǒng)沖洪積(Q3al+pl)新黃土（粉質(zhì)黏土）；下部為第四系中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)老黃土（粉質(zhì)黏土）。地下水埋藏較深，路堤穩(wěn)定性相對較好。2015年10月初，對該斷面開始進行填筑，在當月9日就進行了橫剖管的埋設(shè)并進行了第一次檢測。橫剖管長度為17m，端口位于新路堤坡腳，垂直于新建路堤行車方向插入路堤中。2015年11月11日完成了對該路段路堤的填筑工作。

（一）不同填筑高度豎向和水平位移現(xiàn)場測試結(jié)果分析

現(xiàn)場檢測了K741+500左幅斷面填筑高度1.3m、4.6m、7.6m、9.3m、10.3m時的路堤整體沉降，也就是豎向位移和水平位移，對單側(cè)拼寬斷面路堤填筑高度與沉降變形以及水平位移的變化規(guī)律進行分析：

（1）路堤的填土高度和路堤的豎向位移呈正相關(guān)，路面寬度范圍內(nèi)各點的沉降基本均勻。填筑高度1.3m時，沉降最大點在靠近老路堤即橫剖管頂端處，沉降量為29.58mm，日平均沉降量為4.23mm；填筑高度4.6m時，沉降量最大點在橫剖管距離頂端3.5m處，沉降量為45.86mm，日平均沉降為6.55mm；填筑高度7.6m時，沉降量最大點在距離橫剖管頂端口4m處，沉降量為13.37mm，日平均沉降量為1.91mm；填筑高度9.3m時，沉降量最大點在距離頂端4m處，沉降量為24.06mm，日平均沉降量為4.81mm；填筑高度10.3m時，沉降量最大點在距離管口8m處，沉降量為3.35mm，日平均沉降0.37mm。

填筑完成時，在橫剖管頂端靠近老路堤的地方豎向位移最大，填筑完成時最大累積位移為102mm，由老路堤向新路堤方向逐漸減小，在距離橫剖管頂端14m的位置出現(xiàn)明顯的突變，急劇地減小。填筑10.3m時，橫剖管最大累積沉降102.66mm，并且處于較穩(wěn)定狀態(tài)，不再產(chǎn)生較大沉降，說明此時路堤逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）新路堤坡腳10m深度范圍內(nèi)水平位移隨填筑高度的變化如圖1所示。

圖1 不同填筑深度路堤坡腳水平位移

從圖中可以清楚地看出：在填筑高度為7.6m時，路堤的水平位移不大，水平位移最大的地方為管口處，為-1.9mm，日平均水平位移-0.21mm，從路堤邊緣向路堤內(nèi)側(cè)收縮，4m深的地方位移為零，此時整體路堤的影響深度在4m左右。在填筑高度為9.3m時，路堤整體向外偏移，水平位移最大處發(fā)生在深3.5m處，水平位移為3.3mm，日平均水平位移0.55mm。當填筑到10.3m時，路堤發(fā)生較大水平變形，累積水平位移最大處發(fā)生在2.5m處，水平位移為18.2mm，日平均水平位移1.66mm，此時完成路堤填筑。由此可以看到路堤整體地基的水平擠壓情況。坡腳處地面深度4.5m以內(nèi)，地基被路堤整體向路堤邊緣方向擠壓，發(fā)生較大水平位移。在此地區(qū)進行地基處理時，可以著重處理4.5m深度以內(nèi)的地基，盡量減少地基的水平位移，防止路堤邊坡發(fā)生破壞，提高路堤整體的穩(wěn)定性。

（二）填筑完成后豎向和水平位移隨時間變化分析

填筑完成后測得路堤變形會隨時間而變化。以填筑完成后新路堤坡腳10m深度范圍變化為例，在停止填筑以后，路堤還在繼續(xù)沉降，地基水平位移繼續(xù)增加，但均遠小于填筑期間的沉降和水平位移。路堤的豎向位移均較小，并且逐漸趨于穩(wěn)定，日平均沉降均遠小于10mm，符合規(guī)范要求。路堤坡腳10m深度的范圍以內(nèi)的水平位移較小，日平均水平位移不超過1mm，說明完成填筑后路堤10m以下的范圍內(nèi)的水平位移隨時間逐漸趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生較大水平位移。

（三）填筑過程與沉降變形變化分析

根據(jù)K741+500斷面的現(xiàn)場橫剖管沉降監(jiān)測結(jié)果得出每次測試時沉降量的最大值、最小值以及橫剖管上填土的高度，由此進行分析拼寬段路堤填筑過程與地基沉降的變形規(guī)律。

從填筑開始到填筑完成，新路堤最外側(cè)坡腳的沉降最小，橫剖管頂端靠近老路堤邊坡坡腳的地方沉降變形最大。隨著填筑的進行，新路堤外側(cè)坡腳的沉降變形較小，而橫剖管頂端靠近老路堤坡腳的地方的沉降直線式下降，沉降明顯。填筑完成以后新路堤坡腳的沉降趨于穩(wěn)定狀態(tài)，靠近老路堤坡腳的地方在自重應(yīng)力的作用下繼續(xù)沉降，但曲線逐漸平緩，地基沉降趨于穩(wěn)定。

四、結(jié)語

施工過程中，路堤的填土高度和路堤的豎向位移呈正相關(guān)，路面寬度范圍內(nèi)豎向沉降基本均勻，在靠近老路堤的地方豎向位移最大，新路堤外側(cè)坡腳的沉降變形較小，填筑完成154天后路堤的豎向位移已經(jīng)完全趨于穩(wěn)定。

施工過程中，路堤的水平位移發(fā)生在路基以下4.5米以內(nèi)，累計位移以路基以下2.5米處為最大，進行地基處理時，應(yīng)著重處理4.5m以內(nèi)的地基。填筑完成后，路堤的水平位移變化較小，基本趨于穩(wěn)定。

經(jīng)半年的監(jiān)測結(jié)果表明，長邯高速公路該段拼寬路基變形已趨于穩(wěn)定，新老路基差異沉降較小，路基拼寬效果良好。