改擴(kuò)建道路加寬段分部填筑法應(yīng)用效果分析

摘要：為了檢驗(yàn)分部填筑法對改擴(kuò)建道路加寬段路基變形的控制效果，文章依托實(shí)際工程，對施工現(xiàn)場試驗(yàn)段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：采用分部填筑法路基坡腳位置沉降量和水平位移均明顯下降，有效控制了路基變形；新舊路基結(jié)合部位路基沉降也明顯低于傳統(tǒng)分層填筑法，有效降低了新舊路基差異沉降。另外，采用分部填筑法的路基分層沉降量也較小，說明采用分部填筑法可有效控制路基變形，提升路基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，施工方案可行。

關(guān)鍵詞：改擴(kuò)建道路；加寬段；現(xiàn)場監(jiān)測；坡腳變形；差異沉降

中文分類號(hào)：U418.8A280892

0引言

由于受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和施工技術(shù)水平的制約，我國早期修建的高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，交通運(yùn)輸能力和服務(wù)水平已不能滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，亟須進(jìn)行改擴(kuò)建施工。改擴(kuò)建道路加寬通常采用雙側(cè)或單側(cè)加寬的方式［1］，而對于平原地區(qū)，為降低不均勻沉降，常采用雙側(cè)加寬。改擴(kuò)建道路施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)是新舊路基的差異沉降問題［2］，由于舊路基已經(jīng)基本固結(jié)完成，施工中的擾動(dòng)所產(chǎn)生的變形也較小，因此主要控制新路基的變形。在道路施工過程中和完工后，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測［3-4］，掌握加寬段路基的變形規(guī)律，以便出現(xiàn)變形失穩(wěn)時(shí)及時(shí)采取措施進(jìn)行加固處理。本文以某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目為研究對象，采用分部填筑法控制路基變形，并在路基填筑過程中分層鋪設(shè)土工格柵提高路基的整體穩(wěn)定性，通過建立試驗(yàn)段開展路基變形監(jiān)測，與傳統(tǒng)分層填筑法進(jìn)行對比分析以確定分部填筑法的控制效果。

1工程概況

某高速公路建成于20世紀(jì)末，服役時(shí)間已超過20年，道路結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)破損，且由于交通量增長迅速，時(shí)常出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。原設(shè)計(jì)方案為雙向四車道，路基設(shè)計(jì)寬度為24.5 m，運(yùn)營中局部路段在交通流較大時(shí)出現(xiàn)擁堵，降低了運(yùn)營服務(wù)水平。該高速公路為某省與周邊各省溝通的關(guān)鍵紐帶，對服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。道路沿線主要為黃河沖積平原，地勢起伏較小，地勢平坦開闊，地表黃土層較厚。地層主要為黃河沖積層，平均厚度≥20 m，主要由粉質(zhì)黏土、粉土和粉細(xì)砂層構(gòu)成。該地區(qū)四季分明，年平均氣溫為14.7 ℃。地表分布有小河，地下水平均埋深為4.5 m，沿線分布有軟土地基，局部路基施工受地表水影響大。通過現(xiàn)場調(diào)查，該高速公路每年交通量接近60 000 pcu/d，按原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)交通運(yùn)輸能力已不能滿足要求，擬開展改擴(kuò)建項(xiàng)目提升運(yùn)力。公路拓寬改造主要以雙側(cè)加寬為主，拓寬后采用雙向八車道設(shè)計(jì)，單側(cè)加寬寬度為7 m，加寬后路基設(shè)計(jì)寬度為38.5 m。

2改擴(kuò)建道路加寬段現(xiàn)場監(jiān)測方案

2.1試驗(yàn)段概況

為檢驗(yàn)拓寬路段路基變形控制效果，在施工現(xiàn)場選取有代表性的監(jiān)測斷面布置測點(diǎn)和儀器，對路基坡腳變形、分層沉降和新舊路基差異沉降進(jìn)行監(jiān)測。本文在K38+460～K38+560段建立試驗(yàn)段，該路段自地表向下依次為素填土、粉土、粉質(zhì)黏土層，其中素填土厚度為1.0～1.5 m，粉土厚度為3.5～4.0 m，粉質(zhì)黏土層較厚。地下水埋深約4.0 m。原有舊路基變形已基本穩(wěn)定，在施工期間總體沉降量較小。試驗(yàn)段路基采用雙側(cè)加寬，單側(cè)加寬寬度為7 m，填筑高度為8 m，邊坡坡度為1∶1.5，地基加固采用換填處理。新舊路基結(jié)合部位開挖寬度≥1 m、高度為0.8 m的內(nèi)傾臺(tái)階，并在路堤填筑過程中鋪設(shè)土工格柵進(jìn)行加固，控制新舊路基不均勻沉降。路基填筑采用分部填筑法［5-6］，即先將路基外側(cè)填高，再進(jìn)行內(nèi)層填筑施工，利用外部填土的反壓作用控制路基的水平位移和豎向位移，降低新舊路基的差異沉降。為了對比分析確定分部填筑法的應(yīng)用效果，在K38+460～K38+510段路基加寬段采用分部填筑法，而在K38+510～K38+560段采用分層填筑法作對比分析。

2.2測點(diǎn)布置

為確定新舊路基結(jié)合部位的沉降量，在新舊路基的交界位置布置沉降板；為監(jiān)測路基坡腳沉降量，在新路基坡腳位置布置沉降板，沉降板尺寸為40 cm×40 cm；在新路基路肩位置布置分層沉降環(huán)和測斜管，監(jiān)測路基分層沉降和水平位移，測斜管長度為8 m，沉降環(huán)數(shù)量為3個(gè)。監(jiān)測儀器布置如圖1所示。

3加寬段路基現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析

3.1路基分層沉降監(jiān)測結(jié)果分析

路基分層沉降通過沉降環(huán)監(jiān)測，沉降環(huán)埋設(shè)深度分別為0.5 m、3 m和6 m。在路堤填筑完成后，選取分部填筑路段開展分層沉降監(jiān)測，時(shí)間持續(xù)為一年。整理不同深度路基沉降量，繪制分層沉降變化曲線如圖2所示。

分析圖2沉降曲線變化趨勢可知，隨深度增加路基沉降量隨之下降，在監(jiān)測初期沉降量增幅較大，而后逐漸趨緩，不同深度沉降曲線變化趨勢基本一致。在監(jiān)測初期各深度路基分層沉降量增速均較大，后期沉降量增速逐步減緩，在監(jiān)測120 d后沉降量逐步穩(wěn)定，深度為0.5 m、3 m和6 m三個(gè)位置沉降量最終分別穩(wěn)定在28.9 mm、26.6 mm、24.5 mm。各深度路基沉降量均較小，說明采用分部填筑法有效控制了路基變形。另外，地基采用換填處理后穩(wěn)定性明顯提升，在路基填筑過程中鋪設(shè)土工格柵也提高了路堤的整體穩(wěn)定性，降低了路基沉降。

3.2路基坡腳變形監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1路基坡腳沉降監(jiān)測結(jié)果分析

路基填筑采用先外側(cè)后內(nèi)側(cè)的分部填筑施工方法，以降低路基沉降。在路基填筑施工期間，對新路基坡腳位置的沉降開展監(jiān)測，通過精密水準(zhǔn)儀和沉降板收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。分別在K38+460～K38+510分部填筑路段和K38+510～K38+560分層填筑路段選取有代表性的監(jiān)測斷面，整理繪制路基坡腳沉降變化曲線如圖3所示。

分析圖3沉降曲線變化趨勢可知，在路基填筑到一定高度后沉降量增速較快，而后逐步下降，監(jiān)測完成后沉降基本穩(wěn)定。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)路基填筑高度達(dá)到2 m以上后，路基沉降增速較快，分析原因是路基自重荷載逐漸增加造成的。當(dāng)路基填筑高度＞6.4 m后，路基沉降量增幅逐漸趨緩，填筑完成后逐步下降，沒有出現(xiàn)突然增加的情況。在路基填筑完成后，采用分部填筑法的路基，其坡腳位置沉降量基本穩(wěn)定在24.3 mm，而分層填筑法最終沉降量為40.6 mm，遠(yuǎn)高于分部填筑的沉降量。結(jié)合其他斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測結(jié)果基本一致，采用分部填筑法路基施工期間沉降量均穩(wěn)定在25 mm左右。綜合分析可知，隨路基填筑高度的增加，沉降量隨之提升，但最終沉降量較小，說明采用分部填筑路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提升，坡腳位置未產(chǎn)生較大沉降變形。

3.2.2路基坡腳水平位移監(jiān)測結(jié)果分析

在完工后利用測斜儀對路肩位置不同深度的水平位移進(jìn)行監(jiān)測，距路基頂面以下每隔0.5 m取一組數(shù)據(jù)，監(jiān)測時(shí)間為一年。分別在上述兩個(gè)路段選取監(jiān)測斷面作為研究對象，整理監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制分層填筑和分部填筑路基坡腳水平位移變化曲線如圖4所示。

分析圖4水平位移曲線變化趨勢可知，隨深度的增加水平位移逐漸下降，路基頂部水平位移較大，底部水平位移較小。采用分部填筑路基頂面水平位移最大值為9.2 mm，而采用傳統(tǒng)分層填筑路基頂面水平位移最大值為38.5 mm，當(dāng)深度達(dá)到6 m以上，水平位移接近于零。通過對比分析，采用分部填筑路基水平位移明顯低于傳統(tǒng)分層填筑。另外，在路基填筑施工過程中分三層鋪設(shè)了土工格柵，也有效限制了路基土的側(cè)向移動(dòng)，降低了水平位移。因此，采用分部填筑法也可以降低水平位移，提高路基的穩(wěn)定性。

3.3新舊路基差異沉降分析

新舊路基差異沉降一直是改擴(kuò)建道路路基施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)，本文采用對比分析法，分別在上述分層填筑和分部填筑路段選取路基橫斷面監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。分別對新舊路基結(jié)合部位開展沉降監(jiān)測，監(jiān)測時(shí)間為工后一年。收集數(shù)據(jù)繪制新舊路基差異沉降變化曲線如后頁圖5所示。

由圖5可知，采用分部填筑法施工的路基工后沉降量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)分層填筑法，且均呈現(xiàn)監(jiān)測初期較大而后逐漸趨穩(wěn)的變化趨勢。采用分部填筑法施工的路基在監(jiān)測初期沉降量增幅[JP]相對較大，而在監(jiān)測60 d以后沉降量逐步趨緩，最終沉降量穩(wěn)定在9.3 mm。而采用傳統(tǒng)分層填筑法施工的路基同樣在監(jiān)測初期沉降量增幅較大，在監(jiān)測90 d左右逐步趨穩(wěn)，最終沉降量穩(wěn)定在23.2 mm。經(jīng)過對比分析，采用分部填筑法施工的新舊路基結(jié)合部位沉降量明顯低于傳統(tǒng)分層填筑法，進(jìn)一步說明施工方案可行，可有效控制路基變形，可用于路基填筑施工。

4結(jié)語

本文結(jié)合工程項(xiàng)目，利用分部填筑法控制路基變形，降低新舊路基的差異沉降。通過在施工現(xiàn)場建立試驗(yàn)段布置監(jiān)測儀器，以采用分部填筑法和傳統(tǒng)分層填筑法的路基斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)作為研究對象，通過對比分析確定施工方案路基變形的控制效果，整理監(jiān)測數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

（1）隨深度增加路基沉降量下降，各深度最終沉降量均＜30 mm，說明填筑施工完成后路基整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)較大變形。

（2）路基坡腳位置沉降隨填方高度增加而增加，且最終穩(wěn)定在25 mm左右，水平位移隨深度增加而下降，路基頂部水平位移為9.2 mm，路基坡腳位置變形均較小，說明路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，分部填筑施工方案可行。

（3）經(jīng)過對比分析，采用分部填筑法施工的新舊路基結(jié)合部位沉降量明顯低于傳統(tǒng)分層填筑法，說明該施工方案有效控制了路基工后變形，降低了新舊路基的差異沉降，施工方案可行。

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作者簡介：王磊（1985—），碩士，高級(jí)工程師，研究方向：道路工程。