改擴(kuò)建拓寬路基差異沉降分析

作者簡介：

郭宏偉（1984—），高級工程師，研究方向：工程地質(zhì)。

摘要：文章以高速公路改擴(kuò)建工程為研究背景，通過建立試驗(yàn)段對拓寬路基差異沉降進(jìn)行分析，分別選取不同地基處治方式，以不同樁距的監(jiān)測斷面作為研究對象，布置剖面沉降管開展監(jiān)測。結(jié)果表明：采用CFG樁加固處理后地基沉降大幅下降，而在樁距相近的情況下路基沉降量相差不大。

關(guān)鍵詞：改擴(kuò)建拓寬路基；差異沉降；現(xiàn)場監(jiān)測方案

中圖分類號：U416.1 A 19 064 2

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量快速增加，很多高速公路交通運(yùn)輸超出了負(fù)荷，亟須進(jìn)行拓寬改造。而新舊路基的沉降存在較大差異，路基拓寬部分與原路基的沉降差異一直是改擴(kuò)建工程控制的重點(diǎn)。原路基經(jīng)過多年的運(yùn)營通車，在交通荷載和道路自重的綜合作用下已基本固結(jié)［1］，在改擴(kuò)建施工過程中產(chǎn)生的沉降也較小。而新路基在改擴(kuò)建施工過程中路基土和地基不斷固結(jié)［2］，所產(chǎn)生的沉降較大，進(jìn)而導(dǎo)致新舊路基產(chǎn)生較大的沉降差。新舊路基產(chǎn)生差異沉降會導(dǎo)致路基土產(chǎn)生差異沉降，進(jìn)而開裂，導(dǎo)致路基路面結(jié)構(gòu)破壞。因此，在改擴(kuò)建施工過程中，應(yīng)做好地基處理，嚴(yán)格控制壓實(shí)質(zhì)量，有效控制新舊路基的差異沉降。本文以某高速公路改擴(kuò)建工程為研究背景，在施工現(xiàn)場建立試驗(yàn)段開展沉降監(jiān)測，收集各監(jiān)測斷面地基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，作為分析拓寬部分路基差異沉降的主要依據(jù)。

1 依托項(xiàng)目路基拓寬改造方案

1.1 項(xiàng)目簡介

某高速公路建成于20世紀(jì)90年代，原設(shè)計(jì)采用雙向四車道，路基寬度為25.5 m。運(yùn)營后交通量逐年增加，近年來已出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，多次出現(xiàn)堵車現(xiàn)象。為滿足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展對交通運(yùn)輸?shù)男枨螅瑪M對高速公路開展改擴(kuò)建工程。拓寬后路基寬度為42 m，為雙向八車道。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，拓寬方式以雙側(cè)為主，單側(cè)加寬為輔。

1.2 拓寬改造方案

分別在高填方橋頭段和普通路段選取監(jiān)測斷面。為了降低新舊路基的差異沉降，提高路基的整體穩(wěn)定性，采用CFG樁+土工格室對地基進(jìn)行處理，對新舊路基結(jié)合處削坡和開挖臺階，分層填筑壓實(shí)，并在新舊路基結(jié)合部位鋪設(shè)土工格柵，具體改造方案如下：

1.2.1 CFG樁+土工格室加固地基

試驗(yàn)路段路基為高填方路堤，地基土自上而下分別為粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土，含水率較高，地基承載力較低，擬采用CFG+土工格室復(fù)合地基進(jìn)行加固處理。CFG設(shè)計(jì)樁長為16 m，樁徑為0.5 m，樁間距分別選擇1.4 m、1.5 m、1.6 m三種。CFG樁上部鋪設(shè)40 cm厚碎石墊層，墊層上部鋪設(shè)土工格室［3-4］，組合而成CFG復(fù)合地基。褥墊層和土工格室可以調(diào)配樁間土上部荷載，降低路基基底應(yīng)力，消除應(yīng)力集中。隨著地基上部填土厚度的增加，樁間土所承受的荷載不斷縮小，大部分荷載由樁頂傳遞到地基，充分發(fā)揮了CFG樁身的承載能力。

1.2.2 新舊路基銜接位置處治

為增強(qiáng)新舊路基結(jié)合效果，挖除原路基邊坡表層土體，開挖深度≥30 cm，然后自下而上逐級開挖內(nèi)傾臺階，臺階內(nèi)傾坡度為2%～4%，寬度在1 m以上［5］，高度≥0.8 m。

1.2.3 新路基填筑施工

拓寬部分新路基填筑采用分層填筑、分層壓實(shí)施工，嚴(yán)格控制壓實(shí)質(zhì)量，每一層壓實(shí)后即進(jìn)行壓實(shí)度檢測，合格后方可進(jìn)行下一層填筑。嚴(yán)格控制路基填料的含水率和填筑厚度，以保證壓實(shí)質(zhì)量。

1.2.4 鋪設(shè)土工格柵

為控制路基不均勻沉降，分別在下路床頂面和路基頂面以下1.2 m位置鋪設(shè)一層土工格柵。土工格柵與原路基搭接寬度≥1 m。在兩側(cè)邊緣位置做反包處理。

2 差異沉降現(xiàn)場監(jiān)測方案

2.1 現(xiàn)場試驗(yàn)的目的

為檢驗(yàn)施工方案的可行性，合理確定CFG樁的樁距，在試驗(yàn)段開展差異沉降監(jiān)測。通過分析地基和路基各監(jiān)測斷面和測點(diǎn)的沉降量以及地基的加固效果，確定路堤填筑施工方案的可行性。通過現(xiàn)場沉降監(jiān)測，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況，對設(shè)計(jì)與施工方案進(jìn)行調(diào)整。本項(xiàng)目選擇高填方橋頭段和普通路段，通過現(xiàn)場沉降監(jiān)測確定新舊路基的差異沉降，分析施工方案的處治效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工方案。共選取K35+420、K35+480、K35+520、K35+680、K35+810五個監(jiān)測斷面，其中K35+420斷面填土高度為8.1 m，地基不做CFG樁處理，位于橋頭段；K35+480斷面填土高度為8.5 m，地基采用CFG樁處理，樁距為1.5 m，位于橋頭段；K35+520、K35+680、K35+810三個斷面填土高度為12.3 m，位于普通高填方路段，地基采用CFG樁處理，樁距分別為1.4 m、1.5 m、1.6 m。

由于改擴(kuò)建工程施工過程中不中斷交通運(yùn)營，施工工作面狹小，本項(xiàng)目現(xiàn)場差異沉降監(jiān)測采用埋設(shè)U型剖面沉降管的方式對基底沉降開展監(jiān)測。單側(cè)新舊路基試驗(yàn)儀器布置如圖1所示。布置時U型剖面沉降管不需要貫穿整個路基，只需對部分剖面開展沉降監(jiān)測，在改擴(kuò)建路基沉降監(jiān)測中具有良好的適用性。

在地基采用CFG樁處治的路段，鋪設(shè)碎石墊層并填筑50 cm厚填土后開挖沉降管溝槽［6］，溝槽深度開挖至墊層底部；對地基不做處治路段，填筑50 cm厚填土后開挖沉降管溝槽，溝槽深度開挖至地基頂面。剖面沉降管接頭處用螺絲固定，管內(nèi)穿入一根鋼絲測繩，長度約為沉降管的兩倍。

沉降監(jiān)測過程中，將測斜探頭伸入到測斜管中，根據(jù)探頭傾角的變化計(jì)算得出單次監(jiān)測豎向沉降量，累加后得到各監(jiān)測位置的豎向總沉降量。測量時自路基坡腳位置開始，通過導(dǎo)槽將測斜儀探頭拉入沉降管中，每隔1 m讀一次數(shù)，最后一個測點(diǎn)位于測斜管端部。每次監(jiān)測進(jìn)行兩次平行觀測，第二次監(jiān)測前將測斜儀反置后再送入探頭，得到第二組數(shù)據(jù)。取兩組數(shù)據(jù)的平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果，以降低量測誤差。

改擴(kuò)建拓寬路基差異沉降分析/郭宏偉，韋子娥

3 差異沉降監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 新地基沉降變形監(jiān)測結(jié)果分析

本項(xiàng)目主要對路基的橫向沉降進(jìn)行監(jiān)測和研究，即分析路基橫斷面方向不均勻沉降。本文以K35+420斷面沉降監(jiān)測結(jié)果作為研究對象，該斷面位于普通高填方路堤路段，填方高度為8.0 m，地基上部鋪設(shè)一層土工格室，在下路床頂面和路基頂面以下1.2 m位置鋪設(shè)一層土工格柵，該斷面地基沉降變化曲線如圖2所示。

分析圖2所示曲線變化趨勢可知，隨著填土厚度的增加沉降變形不斷增加，自路堤坡腳向路基內(nèi)部沉降變形不斷增加，在12 m位置沉降量達(dá)到最大值，最大沉降量值為48.52 mm。在路基填筑高度達(dá)到設(shè)計(jì)高度（8.0 m）后，地基各測點(diǎn)沉降變形不大，監(jiān)測結(jié)束后各測點(diǎn)總沉降量最大值為4.852 cm，滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）中橋頭段總沉降量≤10 cm的規(guī)定。

3.2 不同處治方式新地基沉降監(jiān)測結(jié)果分析

選取K35+420和K35+480斷面作為研究對象，這兩個斷面除地基處治方式不同外，地基地質(zhì)條件和其他施工條件近似。K35+420斷面地基未做處理，K35+480斷面采用CFG樁+土工格室進(jìn)行加固處治。K35+480斷面地基沉降變化曲線如圖3所示，兩個斷面地基沉降變化曲線對比分析如圖4所示。

分析圖3所示K35+480斷面地基沉降曲線變化趨勢，與K35+420斷面類似，隨距坡腳距離的增加沉降量也不斷增加，其中地基累積沉降最大值發(fā)生在12 m位置，沉降量最大值為37.83 mm。

對比分析圖4所示兩個斷面地基沉降變化曲線，二者變化趨勢基本一致，且在相同填筑高度的情況下，不做處理的斷面沉降量較大。K35+480斷面地基沉降量最大值為37.83 mm，出現(xiàn)在距坡腳11 m處，K35+420斷面沉降量最大值為48.52 mm，出現(xiàn)在距坡腳12 m處。采用CFG樁+土工格室處治后地基沉降變形下降了約22.0%，說明地基加固后有效降低了地基沉降量。

3.3 不同樁距新地基沉降監(jiān)測結(jié)果分析

為合理確定CFG樁的樁間距，選取K35+520、K35+680、K35+810三個斷面為研究對象，樁距分別為1.4 m、1.5 m、1.6 m，在達(dá)到設(shè)計(jì)填高時對比分析三個斷面地基沉降變形曲線如圖5所示。

根據(jù)圖5三個斷面地基沉降變化曲線，經(jīng)對比分析得出隨樁距增加沉降量也增加，且距坡腳距離越大沉降量越高。K35+810斷面地基沉降量最大，為44.63 mm，K35+520斷面地基沉降量最小，為41.62 mm，K35+680斷面地基沉降量居中，為42.51 mm，最大沉降量均發(fā)生在距坡腳最遠(yuǎn)處。沉降量最大值（44.63 mm）與最小值（41.62 mm）之間僅相差6.7%，因此三種樁間距地基沉降量相差較小，說明樁間距對地基沉降的影響不大。

4 結(jié)語

本文以高速公路改擴(kuò)建工程為工程背景，選取五個典型斷面，對不同地基處治方式、不同樁距的地基沉降變形情況進(jìn)行對比分析，分析得出以下結(jié)論：

（1）K35+480斷面地基沉降結(jié)果表明，隨填筑高度的增加地基沉降量不斷增加，且距坡腳距離越遠(yuǎn)沉降變形越大，最大沉降量為48.52 mm，滿足規(guī)范要求。

（2）對比分析K35+480和K35+480斷面地基沉降變形曲線，得出經(jīng)CFG樁處治后的地基沉降量明顯低于不作處治的斷面，減小幅度達(dá)到22%左右，說明經(jīng)CFG樁+土工格室處治后地基沉降得到了明顯控制。

（3）隨樁距從1.4 m增加到1.6 m，地基承載力有小幅度的增加，說明樁距對地基沉降影響較小。

總之，根據(jù)上述沉降監(jiān)測結(jié)果，可根據(jù)工程預(yù)算確定地基加固方法，合理選擇地基加固方案和CFG樁樁距。

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收稿日期：2022-10-10