擴建高速公路拼寬段軟土路基加固處理技術(shù)研究

摘要 在軟土路基段擴建工程建設(shè)中，如果拼寬段的施工處理不當，會造成新老路基出現(xiàn)差異性沉降，直接威脅道路的行車安全。文章從分析軟土路基工程特性出發(fā)，研究了軟土路基路段常見的病害，然后以某地區(qū)雙向四車道高速公路為例，通過對路基的沉降計算分析，采用預應(yīng)力管樁技術(shù)對路基進行了加固處理，最后利用沉降監(jiān)測驗證了預應(yīng)力管樁技術(shù)的有效性，為提高軟土路基拼寬段高速公路的建設(shè)水平和安全性提供了借鑒與參考。

關(guān)鍵詞 擴建高速公路；拼寬段；軟土路基；差異性沉降；加固處理

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0140-03

0 引言

為提升高速公路通行能力和服務(wù)水平，已開通運營多年的許多高速公路紛紛啟動擴建工程。但是，受用地、拆遷等因素影響，改擴建多采用舊路單側(cè)加寬、雙側(cè)加寬以及路基分離等形式的方案。與新建的高速公路項目相比，擴建高速公路項目首要考慮新老路基的不均勻沉降問題[1]。在擴建工程中，不僅橋涵這種構(gòu)造物拼接要求較高，路基段的拼接施工方案也需重點關(guān)注。由于軟土具有較大的天然孔隙比、高含水量等特點，在擴建工程實施后，新老路基由于壓實度、固結(jié)沉降等差異，拼寬段出現(xiàn)裂縫的概率會大大增加，因此在擴建項目中應(yīng)以提高路基的整體穩(wěn)定性為目的。該文依托某高速公路改擴建項目，對軟土的工程特性和導致的病害進行分析，并根據(jù)沉降監(jiān)測對所采用的加固處理技術(shù)進行驗證。

1 軟土路基工程特性及病害

1.1 工程特性

（1）觸變性和流變性

當軟土受到應(yīng)力作用而發(fā)生形變，在應(yīng)力消失后，形變會繼續(xù)保持的現(xiàn)象稱之為觸變。流變則是指軟土在外力作用下，出現(xiàn)流體的狀態(tài)現(xiàn)象。在軟土路基段擴建工程建設(shè)中，如果拼寬段的施工處理不當，會造成新老路基出現(xiàn)差異性沉降，從而使得工程質(zhì)量達不到預期要求，無法確保道路行車的安全性[2]。因此，對于軟土的工程特性，應(yīng)綜合不同因素，針對性地制定科學合理的施工方案，以提高工程的建設(shè)質(zhì)量。

（2）壓縮性

由于軟土中水蒸氣較多，受到外力作用時會出現(xiàn)壓縮現(xiàn)象。一旦外力超過土體的承載能力，還會導致坍塌等病害問題。在擴建項目的實施過程中，應(yīng)針對這一特性采用有效的加固處理技術(shù)，才能提高道路后期運行的安全性。

（3）含水量較高

軟土通常由細粒土組成，具有高含水量及大孔隙率的工程特性。負電荷存在于細粒土表面，由于空氣中水分子的吸附，土體中水蒸氣含量較大。當軟土的含水量越來越大，會導致土體的黏結(jié)性越來越差，不僅會增加施工的難度，同時也會降低路基的整體穩(wěn)定性。

1.2 常見病害

（1）路基失穩(wěn)

當高速公路選線經(jīng)過軟土區(qū)域時，在進行施工建設(shè)過程中，應(yīng)對軟土的工程特性加以重點考慮，并采取相應(yīng)的工程措施。這是因為在后期運營階段，當車輛行駛在拼寬段時，由于車輛荷載的作用，一旦路基強度不足，軟土層頂面與結(jié)合面會出現(xiàn)滑動面[3]，而流塑狀態(tài)是軟土的常見狀態(tài)，一旦出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，坡腳會由于路基兩側(cè)的移動變形進而產(chǎn)生失穩(wěn)。

（2）不均勻沉降

在進行高速公路改擴建工程時，若對軟土地基采用不合理的處理技術(shù)，極易出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象。原有路基由于通車運行多年已到達固結(jié)狀態(tài)，而擴建工程的實施增加了地基附加應(yīng)力，改變了原有應(yīng)力，從而導致沉降的出現(xiàn)。出現(xiàn)沉降主要有兩個原因：一是自身壓縮變形，若拼寬段的路基在施工過程中碾壓質(zhì)量不合格，密實度不夠或者路基存在軟土時，由于老路基已基本穩(wěn)定，壓縮變形較小，但拼寬段在后期的變形量較大，導致出現(xiàn)不均勻沉降的概率會大大增加[4]；二是固結(jié)沉降，拼寬段路基的附加應(yīng)力使得地基產(chǎn)生超孔隙水壓力，從而導致路基沉降[5]。

2 工程實例

2.1 工程概況

該文以某地區(qū)雙向四車道高速公路為例。該高速公路路基寬度為26.0 m，設(shè)計速度為100 km/h，路段全長61.275 km。由于該地區(qū)經(jīng)濟近年來快速發(fā)展，區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)也日趨完善，同時隨著交通量的持續(xù)增長，原有高速公路經(jīng)常出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，服務(wù)水平已降至四級，在區(qū)域路網(wǎng)中已很難發(fā)揮應(yīng)有功能，無法適應(yīng)沿線經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的需求。因此，該高速公路于2022年完成了擴建。全線采用兩側(cè)拼寬的方法進行全路段拓寬，拓寬后的路基寬度為42.0 m，設(shè)計速度為120 km/h，路基標準橫斷面圖如圖1所示。經(jīng)過實際勘察，高速公路沿線區(qū)域存在軟土層，地質(zhì)層主要為淤泥、黏土等，厚度為5.8～11.8 m，淤泥質(zhì)層的液限為61%，黏土層的液限為25.5%，軟土的土力學參數(shù)指標如表1所示。

2.2 路基沉降的計算

為了確保路基沉降計算準確，應(yīng)對地基附加應(yīng)力進行重點分析，研究其變化規(guī)律。若h為地基計算深度，Es為平均變形模量，那么路基總沉降S的計算公式如式（1）所示，可用梯形分布作為老路基的荷載分布，并將其劃分為矩形和三角形，然后根據(jù)各部分荷載求和后，進行應(yīng)力疊加。圖2為路基附加應(yīng)力計算圖。

S=∫h 0 1 Eσz（Z）dh=∑n i=1σzi EsiΔhi （1）

式（1）中：σzi——平均附加應(yīng)力（kPa）;Δhi——計算厚度（m）；σz——附加應(yīng)力（kPa）。

2.3 處理措施

綜合考慮項目實際建設(shè)條件、項目投資、工期等因素，該項目最終采用預應(yīng)力管樁技術(shù)進行地基處理。預應(yīng)力管樁應(yīng)用示意圖如圖3所示。

在進行施工前，為確保場地的承載力能夠滿足施工要求，應(yīng)先清理施工場地的雜物，平整場地，然后進行試壓，以避免施工機械在施工過程中發(fā)生沉陷現(xiàn)象。如果場地承載能力不足，可通過軟土的換填處理或在地基上鋪設(shè)鋼板。施工機械的儀表等設(shè)備應(yīng)進行仔細檢查，而后再進行樁機的調(diào)整。在吊樁的過程中應(yīng)保持平整，防止管樁受到振動和外力沖擊。懸起管樁后，應(yīng)將樁帽安放在管樁一側(cè)，然后對管樁位置進行糾偏，進而利用壓樁機將其壓入土體中。在進行壓樁施工時，應(yīng)實時檢測預應(yīng)力管樁的垂直度，一旦發(fā)現(xiàn)偏差大于0.5%，需立即進行調(diào)整。壓樁階段的時間和機械設(shè)備儀器的數(shù)據(jù)應(yīng)同時進行準確記錄。在壓樁過程中，壓樁的速率不宜過快或過慢，宜保持在1 min內(nèi)貫入0.5～1.0 m的速度。一旦出現(xiàn)預應(yīng)力管樁傾斜的現(xiàn)象，應(yīng)嚴禁將樁強硬拔出進行角度的調(diào)整。在預應(yīng)力管樁的接樁施工中，應(yīng)將螺栓孔和導向箍對齊將要連接的樁頭。兩根管樁應(yīng)保持順直，當管樁中心軸線偏差超過2 mm時，應(yīng)進行重新調(diào)整。在接樁工作結(jié)束且焊接也達到要求時，應(yīng)及時進行壓樁施工，防止由于耽擱時間過久而出現(xiàn)壓樁困難。當遇到砂性土層時，可適當提高預應(yīng)力管樁的灌入速度。為了避免預應(yīng)力管樁出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，當樁底到達持力層時，應(yīng)減小壓樁速度。為了確保預應(yīng)力管樁施工完成后可以達到預期效果，在管樁施工完成后還需進行樁帽的安裝操作。通常樁帽為1 m×1 m×0.35 m的鋼筋混凝土方塊，連接在預應(yīng)力管樁上方，其主要作用是將路基上方荷載傳至預應(yīng)力管樁。

2.4 沉降觀測

該高速公路通車運行1年內(nèi)，選取樁號K23+180和K46+260的斷面進行連續(xù)10個月的沉降監(jiān)測。沉降監(jiān)測結(jié)果如表2和圖4所示：

根據(jù)表2和圖4可以發(fā)現(xiàn)，該項目軟土路基拼寬段經(jīng)過預應(yīng)力管樁加固處理技術(shù)后效果很好。K23+180處累計沉降量為19.1 mm，最大平均沉降量為6.1 mm/月；K46+260處累計沉降量為17.6 mm，最大平均沉降量為4.6 mm/月，均滿足設(shè)計允許沉降標準值和平均沉降量的要求。其中，連續(xù)5個月的路基沉降速率均小于2 mm，說明路基沉降已穩(wěn)定，同時反映了針對軟土路基的加固處理技術(shù)實現(xiàn)了預期目標。

3 結(jié)束語

由于軟土具有較大的天然孔隙比、高含水量等特點，在擴建工程實施后，新老路基因壓實度、固結(jié)沉降等存在差異，大大增加了拼寬段出現(xiàn)裂縫的概率。在軟土路基段擴建工程建設(shè)中，若拼寬段的施工處理不當，會造成新老路基出現(xiàn)差異性沉降，直接威脅道路的行車安全。該文從分析軟土路基工程特性出發(fā)，研究了軟土路基路段常見的病害，同時針對具體工程實例，提出了相應(yīng)的處理措施，并根據(jù)沉降監(jiān)測對所采用的加固處理技術(shù)進行了驗證。

參考文獻

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[2]孫華琛.基于DEM-FEM的濱海軟土地基沉降分析與加筋路基動力響應(yīng)研究[D].濟南：山東大學，2022.

[3]張沖，劉鋼，趙明志，等.成宜高速某淺層軟土上路堤填筑的穩(wěn)定性分析[J].中外公路，2021（2）：19-25.

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[5]陳東鑫.中山環(huán)線高速公路軟土路基沉降變形監(jiān)測與預測方法比較研究[D].長沙：長沙理工大學，2022.

收稿日期：2024-06-15

作者簡介：張骉（1991—），男，本科，工程師，從事路基路面設(shè)計工作。