某高速公路拓宽工程不良地质段路基沉降变形性状研究

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摘要：目前，国内对高速公路拓宽改建工程完成的较少，如何进行改建拓宽没有成熟的理论，从设计到施工，没有经验可循，对公路拓宽工程设计、施工规范涉及也不多。本文针对高速公路扩建工程中的不良地质段路基设计问题，结合某高速速公路拓宽工程实例，采用现场试验的方法，对变形进行监测，结合观测数据，得出沉降变形性状结论，并对地基处理效果做出了评价。

关键词：高速公路拓宽；路基沉降；CFG桩

中图分类号：U412文献标识码： A

0引言

对高速公路进行加宽扩建，必然会引起原有高速公路地基和路基的沉降，差异沉降过大，除了影响路面平整度，行车舒适性降低外，严重情况下会造成路面纵向裂缝，形成结构性破坏。因此有必要结合实际工程对高速公路改扩建工程中存在的新老路堤变形特性、新老路堤结合部处治及新老路面衔接等关键技术问题进行研究，寻求合理、科学的解决方法，为今后旧路加宽改造工程的设计、施工提供科学依据，确保高等级公路加宽改造工程的质量。本文通过对现场实际观测数据进行分析，得出变形规律，进而为为施工现场实施有效的工程措施提供数据依靠[1][2][3][4]。

1工程概况及不良地质条件

该高速公路地处淮河冲积平原西北部，泛属华北平原之西南隅，为淮河流域平原地貌单元，现为双向四车道，路基宽度为28米，本次改扩建按设计速度为120km/h的双向八车道高速公路标准进行改建，按标准八车道原位两侧加宽，整体式路基宽度为42米。

沿线不良地质主要在是K7+300~K16+200，该里程内地下水位较高，雨季地表经常积水，滞洪期间地表积水较深，浅土层为新近沉积土，部分段有一定厚度的硬壳层，承载力稍高，一般为120kPa或者更高，其他段地基承载力较低，一般为60~110kPa，部分地层承载力低于50kPa，属软弱土地基。

2不良地质段路基设计方案

根据该高速公路改扩建工程路基设计资料，不良地质段内路基设计的方案如下：

路基加宽时，先沿原土路肩边缘向下按原边坡的坡率清表法向厚度不小于0.3m，然后开挖台阶，台阶宽1.5m，台阶高度1.0m，每层台阶开挖完成后，及时铺筑新路基，路基填土在常规压实的基础上基底采取冲击碾压，冲击能量为25KJ，压实度在满足《公路路基设计规范》的基础上增加1到2个百分点。为使路基内部积水快速排出，不良地质段基底铺设30cm厚的碎石垫层，为增强路基整体性，保证基底有足够的强度及均匀性，基底铺设一层宽为6m的钢钉插接整体式土工格室（高为50mm，网格尺寸为40×40cm）。对于不良地质路段，施工前先对地表、原边坡进行30cm清表处理，开挖第一层台阶后，回填夯实，碾压至原地表，然后进行CFG桩复合地基施工，复合地基施工完后，在地表铺设土工格室及碎石垫层，分层进行路基填筑，并顺次在原边坡开挖高为1m的台阶。CFG桩按正三角布置，直径为50cm，桩间距为150cm，基底桩桩长为6m。不良地质段CFG桩处理横断面示意图如图1所示。

图1CFG桩处理横断面示意图

3现场试验及监测结果

3.1现场监测仪器的布置及埋设

沉降量的大小是控制结构物地基变形的重要指标，也是对地基处理效果评价的重要手段。对路基沉降进行动态观测，一方面可以通过施工期间的观测数据对施工过程中采用分析计算和模型试验，对高速改扩建中的为减少路基不均匀沉降的地基处理当的施工工艺后出现的一些问题进行及时调整。另一方面通过长时间数据收集，通过对现场沉降监测数据的整理和分析，对方案的合理性进行评价，优化施工方案，并为后续同类工程提供借鉴参考。

监测方案采用静力水准仪进行沉降观，监测断面选择在埋深为4.7m的K15+256处，根据勘查报告，该处地下水埋深为2.5米，标高56.2米，主要含水层为粉质粘土，富水性差，水质良好，地下水和土对混凝土有微腐蚀性。在勘探深度内，该断面附近区域内图层结构从上到下可分为8层，以粉质粘土为主，上部四层为第四系新近沉积层，下部土层为第四系晚更新中更新统。仪器埋设位置示意图如图2所示。在监测横断面处，待CFG桩施工完毕，土工格室、碎石垫层铺筑并待路基填筑一定高度后，在填筑的路基上挖槽至碎石垫层顶面，在碎石垫层上埋设一组（3个）静力水准仪。本组静力水准仪主要测地基的竖向变形，其中，3#静力水准仪作为本组仪器的基准点。仪器及管线安装好后回填压实，然后继续进行路基的填筑。待填埋至路床位置时，挖槽并埋设4#、5#和6#静力水准仪。4#静力水准仪测新老路基结合部的路基沉降，5#静力水准仪测量新路基的沉降，6#静力水准仪作为本组仪器的基准点。

图2 静力水准仪埋设形式示意图

3.2现场监测结果及分析

通过对监测数据进行整理，作出1#、2#、4#、5#（各测点的位置见图2）各静力水准仪监测点监测出的累计沉降量随时间变化曲线图。图3中，竖轴代表累计沉降量(单位为mm)，横轴代表观测日期，四条曲线分别是各监测点的累计沉降量随时间的变化曲线

图3 各测点累计沉降量随时间变化曲线

从图中可以看出：关于地基沉降，1#测点的沉降速率整体上大于2#测点，累计沉降量也大于2#测点。关于路基沉降，起始时段，3#和4#测点并无非常明显的差异，一段时间后，3#测点沉降量明显大于4#测点。整体上，各测点沉降速率有变缓趋势，且地基沉降量大于路基沉降量。由于监测现场自然条件的限制，再加上静力水准仪埋设在路基中可能受到施工机械等因素的干扰，本工程施工期拖延得也很长，而沉降速率在一定程度上受路基填筑速度的影响，所以不对局部沉降速率作具体的分析。从监测结果可以看出，各测点累计沉降量均不超过4cm。

对于拓宽路基的差异沉降标准，《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）[5]中规定“路基拼接时，应控制新老路基之间的差异沉降，原有路基与拓宽路基的路拱横坡度的工后增大值不应大于0.5%”。实际经验中，沪宁高速拓宽时，提出了“新路基总沉降小于15cm与工后沉降小于5cm”的双重控制标准；本项目依据规范限定标准计算，差异沉降控制值δ=2100*0.005=10.5cm。从监测结果看，填高为4.7m时，按照此种路基设计方案，沉降量在控制范围之内。

4结语及建议

（1）该工程中采取了开挖台阶、铺筑土工格室以及在新路基下采用CFG桩处理的路基设计方案，经过现场监测，沉降量满足控制要求，并发现以下规律：地基的沉降量大于路基的沉降量，新老路基结合处的沉降速率整体大于新路基的沉降速率，且新老路基结合处的总沉降总体大于新路基的沉降量。

（2）土工格室可以把上部的荷载分散到其下卧层更大的面积上，由此减小荷载的强度，减小作用于地基上的压应力，提高地基的承载力，更一方面通过格室的限制作用，减小土体的位移，调节不均匀沉降。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，始终保证桩间土始终参与工作，由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载，这样就提高了复合地基承载力，且使变形减小。

（3）本次监测的断面填高稍低，监测结果显示沉降变形在控制范围之内，但对填高较高的情况，使用本案例中的处理方案极有可能就不能满足沉降控制要求。对于高速公路拓宽工程，应重视新老路基结合部的处理，必要时应对此部位采取其他加固措施以满足变性要求。

参考文献：

[1]翁效林.高速公路拓宽路基差异沉降控制技术研究[D].西安.长安大学博士学位论文.2009年7月

[2]高翔.高速公路新老路基相互作用分析与处理技术研究[D].南京.东南大学博士学位论文.2006年7月

[3]稽如龙,张永宏,宋吉录.软土地基上路基拓宽处理技术研究[J].华东公路.2002年11月

[4]李涛.西-潼高速公路拓宽工程路基差异沉降机理及地基处治技术研究[D]西安.长安大学硕士论文.2011年7月

[5]《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)