山區(qū)公路半填半挖路基加固與變形監(jiān)測(cè)分析

摘要：為防止山區(qū)公路半填半挖路基產(chǎn)生差異沉降，文章以某山區(qū)高速公路工程為例，提出采取地基強(qiáng)夯及填挖交界處土工格柵加筋對(duì)地基和路基進(jìn)行加固處理的方案，并采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證施工方案的合理性。分析現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果得出：地基頂面沉降和坡腳水平位移均較小，說(shuō)明加固后地基穩(wěn)定性得到有效提升；工后填方路基和挖方路基沉降相差不大，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)觀察未發(fā)現(xiàn)工后路基產(chǎn)生不均勻沉降，說(shuō)明加固后路基穩(wěn)定性得到有效提升，施工方案可行。

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路；半填半挖路基；差異沉降；水平位移；沉降監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.015

文章編號(hào)：1673-4874（2024）11-0047-02

0引言

在山區(qū)高速公路施工過(guò)程中，由于地形復(fù)雜，在填挖結(jié)合路段容易產(chǎn)生差異沉降，工后易造成路基路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂破壞。山區(qū)高速公路建設(shè)沿線地形復(fù)雜，地勢(shì)高低起伏大，常采用高填深挖路基，局部填挖結(jié)合路段施工難度大。在填挖結(jié)合路段，由于填方和挖方部分固結(jié)變形存在較大差異［1］，如處治不當(dāng)，工后很容易產(chǎn)生較大的差異沉降。路基差異沉降首先會(huì)使路基產(chǎn)生開(kāi)裂，進(jìn)而在路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力［2］，在外界荷載的綜合作用下導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞。因此，為防止工后路基路面產(chǎn)生開(kāi)裂破壞，保證路基的穩(wěn)定性，應(yīng)做好填方部分地基處理，在填挖交界處采取措施提升結(jié)合效果，控制差異沉降。

我國(guó)已建成的高速公路由于差異沉降產(chǎn)生了很多病害［3］，大幅降低了服務(wù)水平，直接影響道路使用壽命。近年來(lái)，我國(guó)很多學(xué)者對(duì)山區(qū)公路差異沉降開(kāi)展了大量研究［4］，但在實(shí)際中，由于各地地質(zhì)條件相差較大，很難形成一套通用的防治措施。土工合成材料具有較高的抗拉強(qiáng)度，可有效提升路基的整體穩(wěn)定性，進(jìn)而降低差異沉降。本文結(jié)合工程項(xiàng)目，采取措施對(duì)填方部分地基進(jìn)行加固處理，在填挖結(jié)合部位開(kāi)挖臺(tái)階并鋪設(shè)土工格柵，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法對(duì)工后路基沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)比分析確定差異沉降量，進(jìn)而確定土工格柵加筋處治措施的合理性。

1工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

某山區(qū)高速公路沿線分布有多段高填深挖路基，其中部分路基為填挖結(jié)合路基，工后存在產(chǎn)生差異沉降風(fēng)險(xiǎn)。該高速公路沿線地勢(shì)起伏大，其中K42+050～K42+120段為低山區(qū)域，路基填方高度為15～18 m，為半填半挖路堤。填方路基地基土為軟弱地基，地基承載力較低，不可直接填筑路堤，地基土上部主要為雜草和低矮灌木，擬在清除后對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理。路基填料為挖方路段石質(zhì)棄方，強(qiáng)度高，工程特性良好，可直接作為路基填料。該路段主要為填挖結(jié)合路基，工后容易產(chǎn)生不均勻沉降，需要進(jìn)行加固處理。

1.2半填半挖路基加固方案

1.2.1地基強(qiáng)夯處治方案

該路段填方部分地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，擬采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處理。該路段為填石路基，填方高度＞10 m，路堤填筑大，自重荷載大，若地基處治不當(dāng)，工后很容易產(chǎn)生較大沉降。強(qiáng)夯處理的夯點(diǎn)間距為4.5 m，呈正方形布置，夯點(diǎn)布置如圖1所示。強(qiáng)夯分三遍進(jìn)行，第一遍為點(diǎn)夯，第二遍為插夯，第三遍為滿夯。夯錘重量為25 t，直徑為2 m，點(diǎn)夯和插夯夯擊能為1 500 kN·m，每點(diǎn)夯擊數(shù)為6～8擊；滿夯夯擊能為1 000 kN·m，每點(diǎn)夯擊數(shù)為2擊，夯印重疊為1/2。

1.2.2填挖交界處土工格柵加筋處治方案

按照設(shè)計(jì)要求，在填挖交界處采用挖臺(tái)階+土工格柵加筋的方式做加固處治。臺(tái)階寬度≥2 m、高度≥1 m、坡度≥4%；土工格柵每?jī)蓚€(gè)臺(tái)階鋪設(shè)一層，路床頂面和底面分別鋪設(shè)一層土工格柵，格柵長(zhǎng)度為10 m。土工格柵抗拉強(qiáng)度≥50 kN/m、延伸率≤4%，采用U形鋼筋釘固定，固定間距為2 m。填挖交界處臺(tái)階與土工格柵布置如圖2所示。

涵洞位置在涵頂鋪設(shè)兩層土工格柵，對(duì)涵洞兩側(cè)進(jìn)行沖擊壓實(shí)處理，以防止產(chǎn)生不均勻沉降。涵頂每填筑1.0 m進(jìn)行一次沖擊壓實(shí)，最上層土工格柵也可換成防水土工布。

2路基沉降監(jiān)測(cè)方案

2.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容與測(cè)點(diǎn)布置

沉降監(jiān)測(cè)可以確定路基沉降變化規(guī)律，進(jìn)而分析挖方和填方路基差異沉降，確定路基加固方案的合理性，為修正設(shè)計(jì)方案提供參考依據(jù)。該項(xiàng)目沉降監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括路基水平位移監(jiān)測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)，其中路基填筑施工期間監(jiān)測(cè)包括原地基沉降監(jiān)測(cè)和路基水平位移監(jiān)測(cè)，工后主要對(duì)路基頂面沉降開(kāi)展監(jiān)測(cè)。路基頂面沉降監(jiān)測(cè)主要包括挖方路基和填方路基工后沉降，通過(guò)對(duì)比可確定差異沉降量。本文選取K42+060、K42+080、K42+110三個(gè)斷面分別布置測(cè)點(diǎn)開(kāi)展監(jiān)測(cè)。

2.2沉降測(cè)點(diǎn)布置與監(jiān)測(cè)方法

原地基和路基頂面沉降監(jiān)測(cè)通過(guò)埋設(shè)沉降板的方法開(kāi)展，水平位移監(jiān)測(cè)通過(guò)在路基坡腳位置布置觀測(cè)樁開(kāi)展。沉降板與觀測(cè)樁布置如上頁(yè)圖2所示。沉降板采用厚度為10 mm的鋼板制作，底面尺寸為50 cm×50 cm，上部安裝直徑為4 cm的測(cè)管，并在外部套塑料管保護(hù)，測(cè)管接長(zhǎng)采用螺紋連接。沉降板埋設(shè)前首先整平地基頂面，然后開(kāi)挖尺寸不小于鋼板截面的方坑，在方坑底部鋪設(shè)一層中粗砂。沉降板固定后，尤其在填料堆放和壓實(shí)時(shí)應(yīng)做好保護(hù)措施。沉降監(jiān)測(cè)按照二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，使用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀和銦鋼尺觀測(cè)［5］。測(cè)點(diǎn)布置完成后進(jìn)行首次觀測(cè)，得到測(cè)點(diǎn)的起始高程，將以后每次的觀測(cè)結(jié)果與起始高程對(duì)比確定沉降量。

2.3沉降測(cè)點(diǎn)布置與監(jiān)測(cè)方法

路基水平位移觀測(cè)樁布置在填方一側(cè)路基坡腳位置，測(cè)樁長(zhǎng)度為1.8 m，其中地下長(zhǎng)度≥1.5 m。利用全站儀進(jìn)行水平位移觀測(cè)［6］，布置完成進(jìn)行首次觀測(cè)，而后每次觀測(cè)值與其比較確定水平位移量。挖方一側(cè)沉降測(cè)樁周邊采用混凝土固定，外漏部分長(zhǎng)度應(yīng)≤10 cm，上部留有不易損壞的測(cè)頭。填方和挖方路基頂面沉降監(jiān)測(cè)仍采用二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，利用精密水準(zhǔn)儀觀測(cè)。

3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1地基頂面沉降

在施工期間和完工后對(duì)地基頂面沉降開(kāi)展監(jiān)測(cè)，以檢驗(yàn)地基強(qiáng)夯處治效果。自路基填筑施工開(kāi)始，逐漸接長(zhǎng)測(cè)管，利用精密水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)地基頂面沉降量。監(jiān)測(cè)時(shí)間為360 d。整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制三個(gè)斷面沉降曲線如圖3所示。

分析圖3曲線可知，在路基填筑施工階段，地基頂面沉降量增幅較大，而在填筑完成后，沉降速率逐漸下降。在路基填筑厚度較小時(shí)，地基頂面沉降量較小，這是由于此時(shí)地基上部填料自重荷載較小造成的。隨填筑厚度的增加，地基頂面荷載隨之增加，且沉降增速也較大，三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在前147 d沉降速率為1.1～1.3 mm/d。填筑施工完成后路基沉降速率逐漸下降，在278 d以后逐漸趨穩(wěn)。監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)K42+060、K42+080、K42+110三個(gè)斷面地基頂面沉降量分別為223.2 mm、218.4 mm、230.4 mm，三個(gè)斷面沉降變化趨勢(shì)基本一致。工后沒(méi)有出現(xiàn)突然增加的情況，地基沉降基本達(dá)到穩(wěn)定，且總體沉降量不大，說(shuō)明采用強(qiáng)夯處治后的地基承載力得到了明顯提升。

3.2坡腳水平位移

在路基填筑施工和工后對(duì)三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面坡腳水平位移開(kāi)展監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間也為360 d。整理數(shù)據(jù)繪制曲線如圖4所示。

分析圖4曲線，得出在填方路基施工階段水平位移量較大，工后水平位移量增幅較小，且總體變形不大。在路基填筑施工階段，K42+060、K42+080、K42+110三個(gè)斷面坡腳水平位移平均速率分別為0.24 mm/d、0.21 mm/d、0.29 mm/d，在147 d坡腳水平位移分別達(dá)到36.3 mm、31.2 mm、42.1 mm。工后水平位移增幅較小，監(jiān)測(cè)完成后基本穩(wěn)定，三個(gè)斷面水平位移分別穩(wěn)定在44.1 mm、39.2 mm、52.4 mm，與填筑完成時(shí)相比分別增加了7.8 mm、8.1 mm、10.3 mm，工后增量分別占總位移的17.7%、20.6%、19.7%，比例均較低。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)坡腳位置產(chǎn)生較大變形，說(shuō)明路基坡腳水平位移較小，處治后路基穩(wěn)定性較好。

3.3工后路基頂面差異沉降

在路基填筑完成后，分別在填方路基和挖方路基上部布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)沉降觀測(cè)確定差異沉降的控制效果。同樣選取上述三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，利用精密水準(zhǔn)儀開(kāi)展沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為213 d，各斷面工后沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果如后頁(yè)圖5～7所示。

對(duì)比分析圖5～7工后沉降曲線可知，三個(gè)斷面填方路基沉降量均略低于挖方路基，但數(shù)值相差不大，說(shuō)明路基工后差異沉降量較小。K42+060、K42+080、K42+110三個(gè)斷面工后填方路基和挖方路基沉降量差值分別為5.4 mm、4.8 mm、6.6 mm，相差不大。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)觀察結(jié)果，路基未產(chǎn)生明顯的不均勻沉降，說(shuō)明路基加固方案可有效控制路基差異沉降，施工方案合理可行。

4結(jié)語(yǔ)

本文依托高速公路半填半挖路基施工項(xiàng)目，采用強(qiáng)夯法處治軟弱地基，在填挖交界處挖臺(tái)階，鋪設(shè)土工格柵的方法提高路基的整體穩(wěn)定性，降低差異沉降。通過(guò)布置沉降板和觀測(cè)點(diǎn)的方式開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

（1）在路基填筑施工早期地基沉降量較小，施工期間三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面沉降速率在1.1～1.3 mm/d，工后沉降速率逐漸下降并穩(wěn)定，說(shuō)明采用強(qiáng)夯處治后地基穩(wěn)定性得到明顯提升。

（2）三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水平位移變化趨勢(shì)相近，均在路基填筑施工期間變形較大，工后變形僅占總變形的20%左右，且監(jiān)測(cè)完成時(shí)坡腳水平位移基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）通過(guò)對(duì)比分析三個(gè)斷面工后沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，各斷面填方路基和挖方路基差異沉降均較小，最大值為6.6 mm，在施工現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)明顯的差異沉降，說(shuō)明加固后路基整體穩(wěn)定性得到了明顯提升，施工方案可行。

參考文獻(xiàn)：

［1］陸亞紅.高速公路改擴(kuò)建工程加寬路基差異沉降試驗(yàn)［J］.交通科技與管理，2023，4（18）：135-137.

［2］石恒.公路半幅填方路基中的差異沉降影響［J］.中國(guó)公路，2023（18）：114-116.

［3］張強(qiáng)，王鑫.土工格柵改善路基差異沉降效果分析［J］.天津建設(shè)科技，2023，33（4）：31-34.

［4］劉崢，曾祥澤.山嶺重丘區(qū)高速公路改擴(kuò)建路基拼寬段不均勻沉降防治分析［J］.西部交通科技，2023（8）：15-16，111.

［5］傅松.改擴(kuò)建路基差異沉降特性及處治研究［J］.西部交通科技，2023（8）：59-63.

［6］劉岳兵.武陵山大道拓寬工程路基的差異沉降及控制技術(shù)分析［J］.黑龍江交通科技，2023，46（6）：4-7.

作者簡(jiǎn)介：馬群（1981—），工程師，研究方向：土木工程施工。

收稿日期：2024-05-16