高速公路路基病害及設(shè)計優(yōu)化分析

摘要 公路改擴建能有效提升區(qū)域交通通行水平，但新、舊路基處治不當，則容易出現(xiàn)差異性沉降，引發(fā)路面結(jié)構(gòu)開裂，路用性能衰減，增大后續(xù)維修養(yǎng)護費用。該文依托某高速公路，針對試驗段K6+200～K7+500既有路基病害情況設(shè)計改擴建方案，采取CFG樁網(wǎng)式復(fù)合地基控制路基差異性沉降，以便為改擴建工程設(shè)計方案選擇提供一定參考。

關(guān)鍵詞 改擴建路基；差異性沉降；CFG樁網(wǎng)

中圖分類號 U418.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0085-03

0 引言

隨著高速公路交通流不斷增大，以往公路設(shè)計標準已經(jīng)難以適應(yīng)于交通現(xiàn)有壓力，公路改擴建項目實施就成為必然。新、舊路基之間的差異性沉降是改擴建工程中常見病害，尤其在高填方路基邊坡中，差異性沉降導(dǎo)致的路面開裂、路基滑塌等危害不可忽視，采取合理的沉降控制措施，避免出現(xiàn)過大的差異性沉降至關(guān)重要。

1 工程概況

某高速公路K6+200～K7+500段為高填方路堤，地形起伏較大，屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，路線既有路基寬度28 m，平均填筑高度7～10 m，為典型的高填方路基，雙向四車道設(shè)計，設(shè)計時速100 km/h，路基標準橫斷面：土路肩（2×0.5 m）+硬路肩（2×3.75 m）

+行車道（4×3.75 m）+路緣帶（2×0.75 m）+中央分隔帶（3 m），如圖1所示。隨著區(qū)域交通流量的增加，路段擬進行兩側(cè)擴寬，形成路基標準斷面寬度42 m的雙向八車道，以適應(yīng)周圍工業(yè)園區(qū)、村落的交通發(fā)展需求，緩解交通擁堵情況。

1.1 地形地貌

該路段整體趨勢自北向南，高程分布在150～310 m

之間，相對高差達到160 m，沿線地貌為構(gòu)造剝蝕低山地貌，斜坡自然坡度15°～25°，均為高填方路段[1]。

1.2 地質(zhì)環(huán)境

路段范圍分布有填土層（Qme）、第四系沖洪積（Q4al+pl）粉土、石炭系。揭露地層由新至老如下：第四系全新統(tǒng)（Q4）。①素填土（Qme）：稍密，紅黃色，黏性土為主，已壓實，局部存在厚1.3～1.6 m的碎石層。②粉土（Q4al+pl）：灰黃色，飽和，稍密，黏性較差，內(nèi)含粉粒，厚5.2 m。③殘積黏性土（Qel）：紅黃色，稍濕，稍硬，強度中等，夾雜石英砂，厚2.1～2.8 m。④坡積粉質(zhì)黏土（Qdl）：厚4～12 m，多存在于路段山坡位置，包含砂礫質(zhì)黏土、角礫等。路段附近低洼地段及溝壑處，則分布有沖洪積層，厚度分布在3～16 m之間，主要為砂礫、黏土、卵石等。⑤石炭系下統(tǒng)（C1）：多為深灰色中厚泥灰?guī)r，局部夾雜有粉砂巖。⑥石炭系中統(tǒng)（C2）：主要為淺灰色厚層塊狀巖、白云巖，層理較為清晰，局部存在條帶。⑦石炭系上統(tǒng)（C3）：分布最為廣泛，下部存在深灰色中厚石灰?guī)r，夾雜有不規(guī)則狀硅質(zhì)巖，中部則為灰色厚狀灰?guī)r，上部則為灰色中厚塊狀灰?guī)r，內(nèi)夾雜白云質(zhì)灰?guī)r，內(nèi)含方解石晶體[2]。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

該路段處于尚卿-坂里褶斷帶，節(jié)理裂隙發(fā)育明顯，巖石相對破碎，鄰近河道位置則無法震斷裂、活動斷裂分布。

1.4 水文地質(zhì)

路段地表水較不發(fā)育，地下水則主要為堆積物孔隙水、巖溶裂隙水、斷層帶裂隙水三大類。堆積物孔隙水：水位較淺，零星分布，含水層缺水力聯(lián)系，接受大氣降水及地表徑流供給；巖溶裂隙水：表現(xiàn)為相對含水層，分布于碳酸鹽巖地層，富水性良好，路段未存在出露巖溶水，地下水豐富，以管道狀為主；斷層帶裂隙水：存在于斷層破碎帶，巖層易破碎，賦水性良好，多表現(xiàn)為深層地下水，沿線未出露，地下水靜止水位經(jīng)勘察分布于埋深2.2～11.5 m。

2 原有路基病害情況

該路段路基整體穩(wěn)定性良好，局部存在較為明顯的沉陷變形，對行車安全影響較大，路基病害多出現(xiàn)在陡坡位置，且行車道存在路基沉降過大引發(fā)的路面結(jié)構(gòu)開裂。針對路段病害范圍路基進行了注漿加固處理，現(xiàn)場鉆芯取樣可知，注漿芯樣漿體分布均勻，強度得到顯著提升，路段目前不存在病害。通過對路基填料性能檢測，填料壓實度分布在62%～99.5%之間，路床范圍的壓實度不滿足技術(shù)規(guī)范要求，填料主要為高液限黏土、膨脹土等細粒土，在車輛荷載及自重作用下，路基容易出現(xiàn)開裂、不均勻沉降等病害。

3 改擴建方案

3.1 斷面設(shè)計

路基改擴建后的寬度為42 m，雙向八車道，路基標準橫斷面：土路肩（2×0.75 m）+硬路肩（2×3 m）+行車道（8×3.75 m）+內(nèi)側(cè)路緣帶（2×0.75 m）+中央分隔帶（3 m），如圖2所示。路基邊坡形勢需要依據(jù)填土高度進行判定：當路基邊坡高度小于8 m時，邊坡坡度設(shè)計為1∶1.5；邊坡高度8～24 m時，則需要在8 m處進行折線變坡處理，上、下邊坡坡度分別設(shè)計為1∶1.5、1∶1.75，變坡點需設(shè)置2 m寬度平臺。

3.2 路基處治措施

路段分布有高液限黏土、膨脹土，具備較高的塑性指數(shù)，直接作為填料使用，改擴建路基則會在外界環(huán)境影響下出現(xiàn)較大的差異性沉降，為此對于上述填料，可采取摻加砂礫、碎石土等粗粒土進行改良，此外為改善新、舊路基整體協(xié)調(diào)性，需進行路基加固處理。

3.2.1 CFG樁網(wǎng)式復(fù)合地基

考慮路段為高填方路基，為控制差異性沉降，采取CFG樁網(wǎng)進行路基加固，樁徑設(shè)計為0.5 m，樁長15 m，

樁間距2 m。CFG樁頂需設(shè)置40 cm厚度碎石墊層，墊層上鋪設(shè)土工格室，墊層結(jié)構(gòu)能夠有效緩解路基底部應(yīng)力集中情況，降低樁間土承載荷載比例[3]。

3.2.2 削坡與開挖臺階

舊路基需挖除表層30 cm左右浮土，之后自上而下開挖臺階，臺階開挖內(nèi)傾角2%～4%之間，開挖高度需大于0.8 m，寬度大于1 m；新路基填筑則采取分層填筑、分層壓實方式，以便減少路基沉降，在壓實過程中，需要對含水率、壓實度等技術(shù)指標進行合格性檢測。

3.2.3 鋪設(shè)土工格柵

土工隔柵布置要求取決于不同填筑高度。當填筑高度小于8 m時，土工隔柵需分別布置在距路床頂部30 cm、

120 cm處；填筑高度大于8 m時，則還需要在變坡點位置處增加一層土工隔柵[4]，土工隔柵和開挖臺階之間的搭接寬度應(yīng)大于1 m，CFG樁網(wǎng)加固布置如圖3所示。

4 現(xiàn)場試驗實施

4.1 試驗條件

該路段路基改擴建采取CFG樁網(wǎng)進行沉降控制，需進行試驗設(shè)計對加固效果進行評價分析，通過試驗段的路基沉降監(jiān)測，可以及時對處治方案進行工藝優(yōu)化，為后續(xù)路面結(jié)構(gòu)施工提供必要數(shù)據(jù)支撐。依據(jù)路段填筑高度及地質(zhì)情況，試驗段選取一般路基斷面K7+100（無樁）、K7+350（CFG樁）作為對比分析斷面，斷面路基填筑高度均為7.8 m，為高填方填筑路基，兩個斷面均具備類似的地質(zhì)條件、施工進度、土工材料等，通過研究改擴建路基差異性沉降發(fā)展規(guī)律，合理評估CFG樁加固處治效果。

4.2 試驗設(shè)計

路段路基改擴建施工過程較為復(fù)雜，工作面狹窄，新、舊路基之間的土質(zhì)固結(jié)狀態(tài)不同，差異性沉降監(jiān)測措施需更為嚴格。試驗采取埋設(shè)剖面沉降管對斷面地基基地進行沉降監(jiān)測，U形沉降管能夠?qū)Σ糠謹嗝孢M行沉降監(jiān)測，其具體埋設(shè)方式如下：在CFG樁斷面，墊層布設(shè)之后，上覆50～60 cm填土壓實處理，反挖溝槽至墊層底部沿路基加寬范圍布置；無樁斷面則在上覆80～100 cm填料之后反挖至地表沿路基加寬范圍布置，沉降管需進行接頭銜接固定，并預(yù)穿2倍管長鋼絲測繩[5]，沉降監(jiān)測布置如圖4所示。

4.3 改擴建路基沉降評價

4.3.1 無樁路基沉降變化

一般路基斷面K7+100為無樁加固斷面，填土高度達到了7.8 m，路基斷面布設(shè)了一層土工格室、二層土工隔柵，U形沉降管監(jiān)測獲取沉降曲線如圖5所示。結(jié)果表明：沉降隨著距改擴建路基坡腳增大而先增大后緩和；距坡腳位置達11.5 m位置出現(xiàn)最大路基沉降，當填筑高度達到7.8 m時，最大沉降為49.5 mm，沉降主要受到加寬路基上覆附加荷載影響；隨著填筑高度的增大，路基整體沉降變化幅度明顯有所減緩。填筑結(jié)束后且路面結(jié)構(gòu)未施工前的路基沉降有所收斂，路基總體差異沉降均小于通車三年內(nèi)基于路面材料極限抗拉的沉降控制標準（6 cm）。

4.4.2 CFG樁加固下路基沉降變化

為有效評估CFG樁網(wǎng)加固下路基沉降控制效果，同樣對斷面K7+350進行沉降監(jiān)測分析，加樁斷面路基沉降發(fā)展規(guī)律如圖6所示。結(jié)果表明：填筑高度7.8 m時的路基最大沉降位置出現(xiàn)在距改擴建路基坡腳12.5 m位置處，最大沉降則為37.8 mm。通過與無樁7.8 m填筑高度下的沉降曲線對比可知，兩者沉降曲線發(fā)展趨勢整體一致；加樁斷面沉降明顯小于無樁斷面，沉降減小幅度超過20%，CFG樁網(wǎng)加固效果明顯。

5 結(jié)論

高速公路路基改擴建能夠顯著提升交通通行量，改善區(qū)域交通環(huán)境，路基改擴建需要采取合理的路基加固措施，避免出現(xiàn)較大的差異性沉降，引發(fā)結(jié)構(gòu)性災(zāi)害。該文依托某高速試驗段進行CFG樁網(wǎng)改擴建方案設(shè)計，并且對其加固效果進行沉降分析，獲取以下可靠結(jié)論：填筑條件幾乎一致情況下，加樁最大差異沉降較無樁斷面減小幅度超過20%；加樁斷面最大沉降處距坡腳距離要大于無樁斷面。

參考文獻

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收稿日期：2024-06-11

作者簡介：李龍躍（1992—），男，碩士，工程師，從事道路設(shè)計工作。