路基差異性沉降控制技術(shù)及其效果分析

劉昌讓

文章依托某高速公路改擴建工程，分析了擴建工程實施的重難點，從特殊路基處理、低填淺挖路基處理以及常規(guī)填方段路基三個方面研究了路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)，并通過拼寬路基沉降數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)測，驗證了該技術(shù)方案的合理性。

路基;軟土;高速公路;沉降;壓實度

U418.6+2A130474

0 引言

我國高速公路建設(shè)技術(shù)已相對成熟，新建高速公路可有效滿足民眾出行需求。而對于早期建設(shè)的諸多高速公路而言，現(xiàn)階段暴漲的車流量已超越其初期設(shè)計通行能力上限，結(jié)合高速公路營運實際情況，已實施或籌劃實施改擴建加寬的高速公路數(shù)量逐年增多。但已有的高速公路改擴建項目實施和開通也暴露了許多問題，其中拼寬后路基的不均勻沉降最為常見，該病害在面層上反映為縱向裂縫。這加大了后期的養(yǎng)護投入，同時也會給管養(yǎng)單位和改擴建工程施工單位帶來不良的社會影響。因此要嚴格控制高速公路改擴建施工過程中的拼寬路基沉降水平，實現(xiàn)新舊路基變形協(xié)調(diào)變化，減少差異性變形的不利影響。

針對高速公路改擴建過程的各類應(yīng)用技術(shù)，已有專家學(xué)者已展開相應(yīng)研究：陳暉等[1]綜合考慮了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平、建設(shè)能力以及地區(qū)特征，針對杭金衢高速公路隧道擴寬方案及規(guī)劃進行探討，對既有隧道實施檢測和評估，提出加固整治措施，嚴格控制爆破振動，并對互通跨線橋段、高邊坡段、明暗挖洞口采空段等重點區(qū)域的擴寬施工關(guān)鍵措施進行了闡述;李芬等[2]對高速公路裝配式加寬技術(shù)展開討論，利用Abaqus有限元分析手段，基于強度折減理論，對加寬路基的穩(wěn)定性進行了模擬驗證，認為需要加強坡上預(yù)制樁的單樁承載力，相較于提升樁間摩擦系數(shù)以及增加樁徑，提升樁長有著更好的路基穩(wěn)定性提升效果;龔寧等[3]提出了路面動態(tài)設(shè)計理論，認為高速公路改擴建施工前的舊路質(zhì)量調(diào)查是提升改擴建路面質(zhì)量水平的關(guān)鍵手段，舊路加鋪應(yīng)充分考慮舊路各層結(jié)構(gòu)層的彎沉水平和病害發(fā)生狀況，該綜合手段能夠充分利用原有資源，節(jié)約建設(shè)成本;曹建大等[4]著眼于嚴寒地區(qū)高速公路改擴建過程中的縱向裂縫發(fā)展問題，依托實體高速公路改擴建工程，在裂縫調(diào)查統(tǒng)計的基礎(chǔ)上進行分類匯總和內(nèi)在原因分析，提出了縱向裂縫的處治方案，并對其預(yù)防提出有關(guān)建議;史小魏等[5]依托京哈高速公路改擴建工程，著眼于基層接縫處理施工關(guān)鍵技術(shù)方案，先后從拼接結(jié)構(gòu)層清理、水泥漿撒布、混合料離析控制以及拌和碾壓等節(jié)點工程進行介紹，并對實施后的性能表現(xiàn)進行監(jiān)測，總結(jié)了完善的拼接

流程;馮玉龍等[6]依托山區(qū)高速公路橋梁拼寬施工項目，在介紹橋梁特征和結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，研究了一定荷載水平下橋梁拼接處的力學(xué)響應(yīng)變化規(guī)律，同時分析了拼接寬度及截面配筋等情況的影響，總結(jié)了相應(yīng)的技術(shù)方案;張軍輝等[7]對公路改擴建路基拼接施工過程中舊路基處治深度范圍的確定方法進行了研究，擬定了6種實施方案并在施工中驗證對比其合理性。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，目前針對高速公路改擴建工程的各類應(yīng)用技術(shù)已有一定的研究基礎(chǔ)，包括縱向裂縫發(fā)展及其控制等，然而在更深層次的高速公路擴建路基拼寬差異性沉降控制方面還存在著較大空白。因此，本文依托某高速公路改擴建工程，在介紹工程特征的基礎(chǔ)上，分析擴建實施的重難點;針對路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)展開研究，從特殊路基處理、低填淺挖路基處理以及常規(guī)填方段路基三個方面分別進行論述;明確路基拼寬沉降控制關(guān)鍵技術(shù)，在高速公路擴建工程中據(jù)此實施并跟蹤監(jiān)測拼寬路基沉降數(shù)據(jù)。研究成果可為高速公路擴建路基拼寬沉降控制工程提供技術(shù)指導(dǎo)和數(shù)據(jù)參考。

1 工程特征分析

為探究高速公路擴建拼寬路基沉降變化規(guī)律并總結(jié)出有效的控制技術(shù)，本文依托某高速公路改擴建工程展開研究。該高速公路擴建前的寬度設(shè)計為28 m，改建后對高速公路兩側(cè)進行加寬，加寬至42 m，從原本的雙向四車道變?yōu)殡p向八車道。改擴建工程所處區(qū)域為平原區(qū)，地面整體起伏較小且地形較為開闊，周邊地層上表面主要分布耕植土，其平均厚度為50 cm，下臥主要為薄層淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)黏土，另有部分路段耕植土下臥有細砂質(zhì)土體。

擴建段所處區(qū)域年平均降水量為650 mm，降水主要集中于7～8月，季節(jié)溫差較大，冬季最低氣溫可達-25 ℃，夏季最高氣溫則可達41 ℃;從11月上旬即開始產(chǎn)生冰凍，冰凍深度可達1.77 m，次年4月中旬開始解凍。

2 施工重難點分析

在較長時間范圍內(nèi)的自然沉降和車輛荷載作用下，原高速公路路段基層已達到穩(wěn)定狀態(tài)，不會再產(chǎn)生明顯沉降。在實施改擴建施工后，考慮到工期延長帶來的時間成本投入，無法給擴建部分路基預(yù)留充裕的時間進行自然沉降。因此，擴建部分路基后期在自然沉降和車輛荷載作用下會發(fā)生相對較大的沉降，原路基和拼寬路基之間將會產(chǎn)生差異性沉降值，當該值超過搭接處結(jié)構(gòu)層承受閾值后，搭接處結(jié)構(gòu)層就易發(fā)生破壞，進而產(chǎn)生縱向裂縫。通過施工技術(shù)手段，將擴建前原路基和擴建部分拼寬路基的差異性沉降控制在合理范圍內(nèi)，是高速公路擴建施工的重難點問題。

3 路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 特殊路基段處理措施

在高速公路擴建過程中，拼寬路基易在幾類特殊路段處產(chǎn)生較大的差異性沉降，應(yīng)對其進行單獨處理。本文重點闡述的特殊路基段主要包括有3 m以下軟土層、3 m以上滿足沉降規(guī)范軟土層以及3 m以上未滿足沉降規(guī)范軟土層三類。

3.1.1 3 m以下軟土層

當軟土路基為較淺水坑或是淤泥土量不大的農(nóng)田時，可在填筑路基土前將坑塘中的淤泥挖除、積水抽干，隨后換填舊路破碎再生碎石以及砂礫等，其換填高度應(yīng)超過原地面線35 cm以上（路堤部分或全部侵占水塘?xí)r應(yīng)達到55 cm以上），換填完成后在換填層上表面設(shè)置鋼塑土工格柵進行加固。

3.1.2 3 m以上滿足沉降規(guī)范軟土層

當路基填筑施工完畢后的沉降值可滿足規(guī)范要求時，可采取預(yù)壓方案，從而控制原路基和擴建部分拼寬路基的差異性沉降。采用預(yù)壓方案時公路基底鋪筑60 cm深度的砂礫墊層，并在其上表面設(shè)置土工格柵。預(yù)壓期限應(yīng)設(shè)置在半年以上，填土速率每個月≤0.7 m，在進行下一步工序前，應(yīng)確保填土層有連續(xù)2個月的沉降值均≤1.5 mm。

3.1.3 3 m以上未滿足沉降規(guī)范軟土層

當路基填筑施工完畢后的沉降值無法滿足規(guī)范要求時，可采取碎石樁復(fù)合加固方案。碎石樁直徑設(shè)置為50 cm，樁長設(shè)置有14 m、12 m以及10 m三類，碎石樁間距設(shè)置有160 cm和100 cm兩類。碎石樁平面點位布置為等邊三角形，應(yīng)額外加固至路基坡腳100 cm處。在軟土路基上部鋪筑砂礫層50 cm，并在其上表面設(shè)置土工格柵。

為跟蹤檢測碎石樁復(fù)合加固方案對3 m以上未滿足沉降規(guī)范軟土層的加固效果，在填筑路基時選取4個試驗段進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

3.2 低填淺挖路基段處理措施

除上述特殊路基段外，低填淺挖路基段往往具有較大的天然含水率，從而易受冰凍影響產(chǎn)生病害，因此要進行特殊處理。項目所處區(qū)域季節(jié)溫差較大，冬季最低氣溫可達-25 ℃，從11月上旬即開始產(chǎn)生冰凍，冰凍深度可達1.77 m，次年4月中旬開始解凍，在施工過程中要避開上述時間段。

針對土質(zhì)淺挖路基，應(yīng)將路床超挖130 cm并換填山皮土。對于填高在210 cm以下的低填路基，應(yīng)在130 cm厚的路床區(qū)域內(nèi)選用山皮土，其中填筑山皮土方案用于地表以上部分，換填山皮土方案用于地表以下部分。同時應(yīng)確保路床下表面處于凍土深度以下，以避免凍融帶來的不良影響。

3.3 常規(guī)填方路基段處理措施

常規(guī)填方路基段在整個施工中所占比重最大，因此要加強重點薄弱環(huán)節(jié)的把控，通過多項控制技術(shù)措施，確保原路基和拼寬路基之間不會產(chǎn)生過量的差異性沉降值。

（1）擴建段所處區(qū)域年平均降水量為650 mm，降水主要集中于7～8月。在此時間段進行施工時，要注意避免路基被雨水浸泡，在施工前應(yīng)及時開挖排水溝。如果現(xiàn)場無法滿足排水溝開挖條件，則應(yīng)采取設(shè)置臨時排水設(shè)施方案，并與地方排水管網(wǎng)相連接。

（2）高速公路擴建前原路基排水溝區(qū)域在長期水流作用下，其含水率往往要高于其他路基土體，這也導(dǎo)致其承載力相對較低。因此在擴建時應(yīng)對該區(qū)域進行超挖，同時換填排水性粒料，超挖深度以40 cm為宜。換填并壓實后，采用25 kJ規(guī)格的沖擊碾進行補強，以碾壓25次為宜。部分不便沖擊碾操作的施工區(qū)域應(yīng)以32 t規(guī)格的重型壓路機進行替代碾壓。

（3）原路基和拼寬路基搭接處是最常發(fā)生縱向裂縫的區(qū)域，為減少該病害發(fā)生，應(yīng)采用開挖臺階的方案進行施工。采用銑刨機將新舊面層搭接處銑刨得到兩個臺階，此時應(yīng)注意在下層臺階底面預(yù)留4 cm左右厚度的舊路二灰粒料，避免下部二灰土受到雨水侵蝕而發(fā)生損毀。利用切割設(shè)備進行切縫，應(yīng)注意保持開挖臺階的棱角，切割完成后將原二灰土挖除。預(yù)留65 cm寬度的路基搭接處臺階，并沿其邊緣向下開挖，開挖深度為80 cm直至達到路床下表面。

（4）完成臺階開挖工作后，應(yīng)對路床進行壓實，并確保壓實度≥90%，接著通過液壓夯對搭接區(qū)域進行夯實。夯實范圍應(yīng)以臺階周邊2 m范圍為宜，且每填筑1 m臺階應(yīng)進行一次夯實，每次夯實三遍以上，同時應(yīng)確保兩次夯實間的沉降差≤0.4 cm。夯實先后點位與臺階線間的位置關(guān)系如圖1所示，按照圖示先后順序往返循環(huán)進行夯實。

（5）為確保原路基和拼寬路基之間具備足夠的相互作用，從而控制差異性沉降值，可在液壓夯補強后采用鋪設(shè)土工格柵進行加固。除了低填路基段和挖方路基段，常規(guī)填方路基段均應(yīng)在新舊路床搭接處鋪設(shè)土工格柵。其中下路床的上表面及下表面各鋪設(shè)一層并以U型釘進行固定，U型釘設(shè)置密度應(yīng)以路寬方向5根/m為宜。

（6）考慮到32 t鋼輪壓路機無法完全碾壓覆蓋臺階周邊位置，路基搭接處的碾壓應(yīng)單獨進行考慮。在施工過程中選取試驗段K912+200～K912+700進行壓實度數(shù)據(jù)監(jiān)測，選取了20個試驗點，發(fā)現(xiàn)有7個點位均未達到設(shè)計要求的96%壓實度。為有效解決這一問題，選用18 t三鋼輪壓路機對碾壓完成的區(qū)域進行補壓收邊。補壓前后的壓實度監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2?？梢园l(fā)現(xiàn)：通過18 t三鋼輪壓路機補壓收邊能有效提升搭接處的壓實度，試驗點位經(jīng)補壓后均可滿足設(shè)計要求的96%壓實度。

4 路基沉降監(jiān)測

為了對上述拼寬路基沉降控制技術(shù)的效果進行有效評價，對路基進行跟蹤沉降監(jiān)測，并對收集到的沉降數(shù)據(jù)進行分析。

選取K901+459斷面作為試驗監(jiān)測點，對加鋪原路基和拼寬路基的沉降情況分別進行監(jiān)測。其中，沉降監(jiān)測頻率如下：分層填筑路基時，每填筑一層即進行一次監(jiān)測;在路堤填土高度達到設(shè)計標高的首月范圍內(nèi)，沉降監(jiān)測頻率調(diào)整為1次/d;施工過程中每逢加載間隙期沉降監(jiān)測頻率調(diào)整為1次/3 d;當加載間隙期在一個月以上時，沉降監(jiān)測頻率調(diào)整為1次/月。施工半年過程中原路基和拼寬路基的沉降變化情況如圖2所示。可以發(fā)現(xiàn)，施工半年過程中加鋪原路基沉降量處于3～4 mm之間，而拼寬路基沉降量處于6～7 mm之間，二者之間差異性沉降值約為3 mm。

除施工過程外，擴建后高速公路拼寬路基的差異性沉降情況也是需要重點關(guān)注的內(nèi)容，對竣工后投入運營前3個月范圍內(nèi)加鋪原路基和拼寬路基的沉降情況進行監(jiān)測，最終得到運營三個月后的加鋪原路基沉降量為1.06 mm，拼寬路基沉降量為1.85 mm，如圖3所示，二者的差異性沉降差為0.79 mm。對擴建后高速公路的路面質(zhì)量進行檢測，在路基搭接處未發(fā)現(xiàn)有縱向裂縫產(chǎn)生。這說明上文介紹的路基拼寬沉降控制技術(shù)取得了較好的成效。

5 結(jié)語

本文依托某高速公路改擴建工程，在介紹工程特征的基礎(chǔ)上，分析擴建實施的重難點;針對路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)展開研究，從特殊路基處理、低填淺挖路基處理以及常規(guī)填方段路基三個方面分別進行論述;明確路基拼寬沉降控制關(guān)鍵技術(shù)，在高速公路擴建工程中據(jù)此實施并跟蹤監(jiān)測拼寬路基沉降數(shù)據(jù)，得出以下主要結(jié)論：

（1）特殊路基段處理可采用換填舊路破碎再生碎石、鋪設(shè)鋼塑土工格柵、預(yù)壓以及碎石樁復(fù)合加固等方案進行處理。

（2）低填淺挖路基段應(yīng)避開冰凍季節(jié)，且淺挖路基路床下表面應(yīng)處于凍土深度以下。

（3）32 t鋼輪壓路機無法完全碾壓覆蓋臺階周邊位置，可采用18 t三鋼輪壓路機補壓收邊，能有效提升搭接處的壓實度。

（4）施工半年過程中加鋪原路基和拼寬路基差異性沉降值約為3 mm，運營三個月差異性沉降差為0.79 mm且路基拼接處未產(chǎn)生縱向裂縫，說明本文所述路基拼寬沉降控制技術(shù)有較好成效。

[1]陳 暉，汪質(zhì)華，陳 魁，等.杭金衢高速公路新嶺隧道段拓寬工程總體方案研究[J].公路工程，2021，46（1）：103-111.

[2]李 芬，劉 惠，王作君.裝配式組合加寬公路路基穩(wěn)定性研究[J].中外公路，2021，41（1）：12-16.

[3]龔 寧，曹建大.高速公路改擴建工程舊路加鋪利用的研究[J].公路，2021，66（2）：396-398.

[4]曹建大，沈 濤，李潤狀.嚴寒地帶高速公路改擴建瀝青路面縱向裂縫淺析[J].公路，2021，66（2）：368-371.

[5]史小魏，馬志偉，李洪闖.高速公路改擴建工程新舊路面基層接縫處理施工技術(shù)研究與應(yīng)用[J].公路，2021，66（1）：366-369.

[6]馮玉龍，林政園，王雪鋒，等.高速公路改擴建工程中拼寬橋梁的設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J].公路工程，2020，45（2）：137-142.

[7]張軍輝，劉 杰，鄧宗煌，等.公路改擴建工程老路基處治深度研究[J].中外公路，2019，39（5）：9-13.