關(guān)于江蘇省改擴(kuò)建高速公路軟土路段拼寬路基沉降控制方法的探討

羅秋福 （華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，先期建成道路已無法適應(yīng)目前大交通量的需求。東部、中部省份改擴(kuò)建項(xiàng)目即將全面展開?！笆濉币?guī)劃明確推進(jìn)京哈高速、京滬高速、京臺(tái)高速、京港澳高速、沈海高速、滬蓉高速、連霍高速、蘭海高速等8條主通道擴(kuò)容工程。

江蘇省已經(jīng)實(shí)施了一批改擴(kuò)建項(xiàng)目，滬寧高速公路于1996年建成通車，是江蘇省第一條高速公路，江蘇段全線全長(zhǎng)248.2km，行車速度120km/h。但隨著長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市群的加速形成，交通量迅速增長(zhǎng)，滬寧高速公路擁堵日益嚴(yán)重，已不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，為解決這一狀況，從2003年五月江蘇省政府決定對(duì)滬寧進(jìn)行改建，于2006年1月通車，滬寧高速改擴(kuò)建工程自開工以來，在沒有中斷交通的情況下，僅用了兩年左右的時(shí)間，就實(shí)現(xiàn)了全線貫通。江廣高速自正誼互通止于廣陵樞紐互通立交，路線全長(zhǎng)66.006km，原設(shè)計(jì)為雙向四車道，后于2015年8月全線開工建設(shè)，并于2018年6月建成通車。

2 軟土的分布特性

江蘇省軟土地基分布廣泛，高速公路特殊路基處理難度大，地基處理技術(shù)是工程建設(shè)中的關(guān)鍵問題。軟土地基處理的效果決定了高速公路路面的狀況和高速公路行車的舒適性和安全性。

軟土是第四紀(jì)形成的海相、瀉湖相、三角洲相、溺谷相和湖泊相的沉積物或河流沖積物，部分軟土屬于新近淤積物。軟土大部分處于飽和狀態(tài)，其特點(diǎn)是天然含水量高，天然孔隙比大，抗剪強(qiáng)度低，壓縮系數(shù)高，滲透系數(shù)小。在荷載作用下，軟土地基承載力低，地基沉降變形大，而且沉降穩(wěn)定歷時(shí)比較長(zhǎng)，一般需要幾年，甚至幾十年。軟土是江蘇地區(qū)高速公路工程建設(shè)中遇到最多需要進(jìn)行地基處理的特殊土，廣泛分布于省內(nèi)大部分地區(qū)，其中連云港、鹽城、蘇州等地區(qū)分布的軟土最具典型性。

軟土地基上公路路堤的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量在很大程度上取決于地質(zhì)資料的正確性和代表性，高速公路勘察設(shè)計(jì)中應(yīng)認(rèn)真收集沿線的地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象等資料，按照《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTGC20-2011）有關(guān)規(guī)定，采用適宜的勘探方法進(jìn)行綜合勘探試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，為設(shè)計(jì)提供可靠的軟土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。

根據(jù)交通運(yùn)輸部頒《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TD31-02-2013）軟土的鑒別依據(jù)見表1。

此外不屬于軟土，但工程性質(zhì)較差的土一般定義為軟弱土，指標(biāo)如下：

表1 軟土鑒別指標(biāo)

土工試驗(yàn)指標(biāo)孔隙比和液性指數(shù)在1.0 左右，qc=0.7MPa～1.0MPa。

粉土、砂性土0.7＜qc＜1.5MPa。

3 軟土的主要工程地質(zhì)問題

軟土由于具有含水量高、壓縮性大、透水性差、強(qiáng)度低和變形穩(wěn)定所需時(shí)間長(zhǎng)等工程特性，一般不能直接作為天然地基使用，需經(jīng)過加固處理以減小道路路基在荷載作用下引起的沉降或不均勻沉降。通常，軟土路基問題及其危害概括起來有如下方面：

3.1 強(qiáng)度及穩(wěn)定問題

當(dāng)軟土路基的抗剪強(qiáng)度不足以承受路堤及路面外荷載時(shí)，軟土路基會(huì)產(chǎn)生局部或整體剪切破壞，造成路堤塌方、失穩(wěn)及橋臺(tái)破壞。

3.2 沉降變形問題

當(dāng)軟土路基在上部荷載及外部荷載作用下產(chǎn)生過大的沉降變形時(shí)，會(huì)影響道路的正常使用。特別是產(chǎn)生過大的不均勻沉降時(shí)，造成路面開裂破壞，結(jié)構(gòu)物與路堤銜接處差異沉降，引起橋頭跳車，涵身、通道凹陷、沉降縫拉寬而漏水；路面橫坡變緩、積水，從而引起路面損壞等等。因此，軟基處理可分為穩(wěn)定處理和沉降處理兩大類型。

3.2.1 穩(wěn)定處理的作用

控制剪切變形：制止周圍地基因路堤荷載作用發(fā)生隆起或滑動(dòng)。

阻止強(qiáng)度降低：阻止因路堤荷載作用而強(qiáng)度降低，以求得穩(wěn)定。

促進(jìn)強(qiáng)度增長(zhǎng)：加速地基強(qiáng)度的增長(zhǎng)，以求得穩(wěn)定。

增加抗滑阻力：改變路堤形狀或換填部分地基，增加抗滑阻力，以求得穩(wěn)定。

3.2.2 沉降處理的作用

壓密、排水固結(jié)，加速固結(jié)沉降；加速地基沉降，減少有害的剩余沉降量。

減少總沉降量：滿足工后沉降要求，保證在預(yù)定的工期內(nèi)達(dá)到沉降穩(wěn)定，滿足使用要求。

4 控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)JTGL11-2014高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則要求：①工后沉降計(jì)算年限宜小于15 年；②拼寬部分路基工后沉降，應(yīng)滿足橋頭處不大于5cm、通道及涵洞處不大于10cm、其他一般路段不大于15cm 的要求；③差異沉降控制，應(yīng)滿足拼寬路基的路拱橫坡度增大值不大于0.5%，相鄰路段差異沉降引起的縱坡變化不大于0.4%的要求。

2017 年由江蘇交通控股有限公司頒布的江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《高速公路擴(kuò)建工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：①拼接路基的計(jì)算總沉降量大于15cm的路段應(yīng)按軟弱地基進(jìn)行處治設(shè)計(jì)；②在原路路基沉降基本穩(wěn)定的軟弱地基路段，拼接路基處治后總沉降量應(yīng)小于15cm、工后沉降量應(yīng)小于5cm、原路中心附加沉降應(yīng)小于3cm；③差異沉降控制，應(yīng)滿足拼寬路基的路拱橫坡度增大值不大于0.5%、相鄰路段差異沉降引起的縱坡變化不大于0.4%的要求；④原路路基沉降未穩(wěn)定時(shí)，宜進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)論證，應(yīng)同步對(duì)原路路基進(jìn)行再處治。處理困難的路段拼接帶的差異沉降應(yīng)小于5cm；⑤擴(kuò)建方式采用整體式斷面的局部分離路段且距原路路基較近時(shí)，需要時(shí)可采用設(shè)置隔離措施或?qū)π陆坊M(jìn)行處理等措施，其附加總沉降應(yīng)小于5cm。

5 地基處理方法

a.置換法：適用于淺薄層（3m）軟弱土、雜填土等。材料：碎石、砂礫石、石灰或水泥改良土、混凝土廢料等。地下水下不用石灰土，要選用水穩(wěn)性好的填料；最好不用碎石土，可用山皮土。土工材料可根據(jù)需要加筋。強(qiáng)夯法主要用于雜填土、砂性土，處理抗震液化。由于需要砂石墊層、運(yùn)輸不便，夯沉量大，補(bǔ)償土量大，性價(jià)比不高，公路較少用。

b.排水固結(jié)法：適用于深厚層（小于30m）飽和軟（弱）黏土、沖填土、填海湖造田地，其具有含水量、壓縮性高，強(qiáng)度、滲透性低等特點(diǎn)。

c.復(fù)核地基法（碎石樁）：深厚層（小于30m）軟（弱）黏土，液化土。

d.復(fù)核地基法（加固土樁）：深厚層（小于30m）軟弱土，液化土。適用于處理十字板抗剪強(qiáng)度大于10kPa，有機(jī)質(zhì)含量小于10%的軟土地基。

e.復(fù)合地基法（PHC）：深厚層（小于40m）軟弱土。適用于處理深厚軟土地基上荷載較大、變形要求較嚴(yán)格的高路堤路段、橋頭及銜接過渡段。十字板抗剪強(qiáng)度＜10kPa易倒斜，慎用。

f.輕質(zhì)土、加筋土路堤：減輕路堤荷載，加強(qiáng)搞獨(dú)立自身穩(wěn)定性。一般與深層處理措施結(jié)合應(yīng)用。

6 計(jì)算參數(shù)選用

計(jì)算軟件：理正巖土

計(jì)算模塊：既有軟土地基拓寬設(shè)計(jì)

相關(guān)計(jì)算參數(shù)：路基土厚度、粘聚力、內(nèi)摩擦角、路堤處理

7 改擴(kuò)建項(xiàng)目中軟土地基處理的幾點(diǎn)思考

新建高速公路模型簡(jiǎn)單，只需按照相關(guān)參數(shù)控制中心點(diǎn)沉降即可，但改擴(kuò)建項(xiàng)目沉降控制標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜，需同時(shí)結(jié)合老路的沉降情況及新拼寬路段的沉降情況，其中老路的沉降情況比較復(fù)雜，需詳細(xì)搜集老路的施工時(shí)間、老路的軟基處理方案來判斷老路的地基沉降情況，必要的情況下需對(duì)老路的沉降情況進(jìn)行重新觀測(cè)，確定老路的固結(jié)情況。

改擴(kuò)建項(xiàng)目中部分橋梁由于航道等級(jí)提升或者凈空要求提高等原因，縱斷面需要進(jìn)行抬升。對(duì)于縱斷面抬升路段沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的控制，改擴(kuò)建規(guī)范中并未提及。如果按照目前規(guī)范中要求的拼寬部分路基工后沉降橋頭處不大于5cm、通道及涵洞處不大于10cm、其他一般路段不大于15cm的要求進(jìn)行控制的話則需要較強(qiáng)的處理方案，可能會(huì)導(dǎo)致較大的造價(jià)浪費(fèi)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及通車后運(yùn)營(yíng)情況，建議抬高路段沉降控制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為全斷面總沉降不大于20cm，工后沉降不大于10cm。

按照設(shè)計(jì)文件要求，為增強(qiáng)新老路的拼接，減少差異沉降，需在拼接臺(tái)階處進(jìn)行管樁施工，現(xiàn)場(chǎng)施工單位反饋施工困難，能否將臺(tái)階上的管樁取消。為加強(qiáng)新老路銜接，臺(tái)階上的管樁需要進(jìn)行施工，施工單位需對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行改裝后施工臺(tái)階上的管樁。

臨塘路段：

問題：施工時(shí)常需要抽水清淤，由于局部降低了原來的地下水位，對(duì)路基額外增加了由于地下水位的降低而形成的呈三角形或梯形分布作用于地基的垂直向偏心荷載，易引發(fā)路基、路面開裂。因此，采取必要的措施，施工時(shí)減少原路地基的影響。優(yōu)先采用抗滑穩(wěn)定性能更佳的雙向水泥土攪拌樁；

措施：復(fù)合地基處理路段優(yōu)先打設(shè)河塘與坡腳范圍內(nèi)樁基，打設(shè)完成后再行清淤，嚴(yán)禁采用水沖、吸淤法等施工工藝，以防路基失穩(wěn)；

嚴(yán)格控制路基填筑速率，填筑速率≤1m/月，加強(qiáng)施工時(shí)河塘路段沉降和側(cè)向位移觀測(cè)，實(shí)施監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；

重點(diǎn)關(guān)注既有道路地基很差、地基未處理或采用塑排板預(yù)壓處理的河塘路段，必要時(shí)設(shè)置地下定噴墻（連續(xù)墻）、雙軸攪拌樁止水帷幕、抗滑樁等處理措施。

沉降觀測(cè)：

一般軟土路段的觀測(cè)，主要監(jiān)測(cè)新填路基地表沉降和地表及地下深層水平位移的變化情況。觀測(cè)工作由施工單位負(fù)責(zé)，現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試設(shè)備和標(biāo)志也由施工單位嚴(yán)加保護(hù)。

監(jiān)測(cè)布點(diǎn)基本原則：①測(cè)點(diǎn)布置時(shí)臨空、橋頭和小型構(gòu)造物作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)路段；②一般拼寬斷面僅埋設(shè)沉降板；③河塘、地基土性差的路段，在路基單側(cè)或兩側(cè)坡腳處設(shè)置測(cè)斜管，對(duì)路基穩(wěn)定性進(jìn)行觀測(cè)；④沉降與位移觀測(cè)點(diǎn)宜布置在同一橫斷面上。

8 結(jié)語(yǔ)

軟基處理的方法很多，選擇方案的時(shí)候應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件、水文水利等條件，充分考慮施工的可行性，依據(jù)先簡(jiǎn)后繁，就地取材的原則選擇合適的處理方案，避免施工期和后期運(yùn)營(yíng)期的路基病害的發(fā)生。