高速公路零征地加筋拓寬路堤監測分析

鄭智能，凌天清，周 濱

(1.重慶交通大學土木與建筑學院，重慶400047;2.重慶大學土木工程學院，重慶400044;3.廣東高速公路有限公司，廣東廣州528231)

佛開高速公路于1996年12月正式建成通車;隨著該地區經濟發展，交通量急劇增加，原4車道已不適應經濟高速增長的需要。佛開高速公路擴建工程就是對原高速公路兩旁各加寬兩車道，使原雙向4車道變為雙向8車道。佛開高速公路拓寬工程具有征地難題、路基填土高、地基軟土性質差等特點。

由于拓寬路基和老路基的修筑歷史、填料等差異問題，路基拓寬往往存在穩定性問題和不協調變形兩大類的問題;新老路基的不協調變形將會導致路基、路面的開裂，路邊水下滲等危害[1-4]。如何保證拓寬路基的穩定性和減少新老路基的不協調變形，是拓寬工程需要解決的問題。桂炎德等[5]在滬杭甬高速拓寬工程中，對結合部采取了填料控制、防水、排水、加筋、臺階挖設等措施;周志剛等[6]通過非線性有限元計算分析，結合現場沉降觀測、FWD彎沉檢測，論證了土工格網處治填挖交界路基非均勻沉降的合理性。凌建明等人[7]對新老路基結合面處治、拓寬路基填料及壓實度控制、路基加筋、輕質路堤、地基處理、支擋結構以及路基路面綜合處治等7種技術的處治機理、效果和設計施工要點進行了分析。以上這些研究與實踐主要集中在采用土工格柵等加筋材料以克服新老路基的不均勻沉降、對土工格柵減少不均勻沉降的設計方法與機理進行研究;而對加筋拓寬路基實體工程的監測、工程實體運行效果的分析較少。

為解決佛開高速公路的軟基上路基加寬技術難題和難征地的社會問題，項目提出集拓寬路基不均勻沉降處理，軟基加固和邊坡加固、零征地功能一體的加筋拓寬技術方案。項目組對于該技術方案進行過筋土界面拉拔試驗[8]、土工離心模型試驗[9]、足尺靜力試驗和數值分析等多方面的研究。本文主要是對零征地加筋拓寬路堤依托工程進行監測，以了解零征地加筋拓寬路基的工作性能，對以后類似的零征地加筋拓寬路基工程提供參考。

1 零征地加筋拓寬路基工程監測方案

為保證監測工作的可靠性，選擇了佛開高速公路K 12+905和k13+025兩個斷面為監測斷面，這兩個斷面的地質情況與路基情況是一致的。每個斷面的監測包括沉降、水平位移、孔隙水壓力、土壓力等6個項目。具體斷面監測儀器布置圖如圖1。具體儀器埋設見表1。

表1 加筋土擋土墻試驗斷監測儀器布置

圖1 零征地加筋拓寬工程監測斷面儀器布置圖

2 監測結果分析

2.1 深部水平位移

加筋拓寬路堤試驗工程路段一共設置了6個測斜儀監測點，分別為K12+910右路肩、K12+965右路肩、K13+025右路肩、K 12+905右坡角、K12+965右坡角和K13+025右坡角。

從測斜儀的監測結果來看，各個斷面沿深度方向的水平位移量有所差異，但其大致數值范圍和規律是一致的。同一斷面處、同一水平深度，坡腳下的水平位移較路肩下的水平位移大。隨著深度的增大，位移逐漸減小。路肩累計最大位移約為8mm;坡腳最大累計位移約為20mm。各斷面的深部水平位移主要是發生在施工期內，施工結束后，各點的位移變化較小。從以上監測結果可以看出，即使考慮施工期間，由于設置水平向的土工格柵，使工程的水平位移大大減少;土工格柵增強了路基的穩定性。

2.2 路肩沉降

共選擇了7個斷面的路肩進行沉降監測;監測結果見圖2。

圖2 路肩沉降曲線

從圖2可以得到，從2006年3月到2008年6月的觀測期間，各斷面路肩沉降的規律是一致的。可以把沉降分為兩個階段:從2006年3月到2007年2月第一階段;2007年2月之后為第二階段。第一階段為施工結束初期，路肩快速沉降、各個斷面路肩的沉降較大，達20～40mm。該期間的沉降量約占總沉降量的95%以上。第二階段為平穩期，路肩基本沒有沉降。

2.3 孔隙水壓力

對K13+025斷面上，6.5m，8.5m和11.5m三個不同深度的空隙水壓力進行了監測，監測結果如圖3所示。

圖3 K13+025孔隙水壓力曲線

從圖3可以得到，在監測周期內，各個監測點的孔壓基本沒有變化。孔隙水壓力僅隨該點深度增加而增大;而與路堤填筑進程的關系不明顯。路堤拓寬工程的填筑并沒有在軟土地基內產生明顯的超孔隙水壓力。這說明在該工程中，粉噴樁處理后的軟土地基被壓縮較少，路堤荷載主要由軟基處理的粉噴樁承受;粉噴樁是一種剛性樁，與周圍的土體并不是協調變形。

2.4 全斷面累計沉降

對K12+905和K13+025兩個斷面的坡腳按裝水平沉降管，進行累計沉降監測。兩個斷面監測結果類似，僅以K13+025斷面進行討論;K13+025斷面累計沉降監測結果進行如圖4所示。

從圖4可以看出，全斷面沉降呈U形;斷面沉降的最大發生在距離坡腳向內0.8～1.0m處，最大沉降約為190mm。各測點在2006年12月12日到2008年6月25日期間，沉降曲線都集中在一個狹窄的帶內，該段時間內各點的沉降差異最大約為25mm;在2007年2月15日后，各點的沉降變化很小。說明加筋拓寬路堤的沉降主要發生在路基的施工及其完成初期，而后來的運營期間的沉降較小。因此為避免拓寬路基的不均勻沉降導致路面開裂，對于拓寬路基應先進行一段時間(本工程的預壓期選擇為6個月)的堆載預壓，然后再修筑路面。

圖4 K13+025全斷面沉降曲線

2.5 樁頂及樁間土壓力

K12+905和K13+025兩個斷面埋設了土壓力盒，對粉噴樁頂和樁間的垂直土壓力進行的監測，監測結果見圖5。

圖5 土壓力曲線

從圖5可以看出。在路堤修筑的初期，樁頂壓力、樁間壓力和填土壓力線三者大小基本相等，而在緊接的后面時期，樁頂的土壓增加較快，并且遠大于了填土的壓力線和樁間土壓力;而在這個時間樁間的土壓力基本保持不變。監測結果表明為剛性的粉噴樁承受主要路堤荷載，而樁間土基本未承受荷載。這與空隙水壓力監測結果反映的情況是一致的。

2.6 土工格柵上柔性位移計監測

依托工程分別對K12+905和K13+025兩斷面的上、中、下三個部位的土工格柵的變形位移進行了測試，測試結果如圖6所示。

圖6 土工格柵帶變形位移曲線

從圖6可以看出，隨著時間特別是在施工期間，土工格柵變形發生著動態變化。從施工到2007年8月，整個路堤內部應力逐漸調整，到2007年8月之后，土工格柵的位移量變化較小。因此在拓寬路基工程修筑早期，拓寬路基內部應力和變形，地基沉降等不斷的調整變化，從而造成土工格柵的應力和變形發生動態的變化。土工格柵受力過程中容易形成局部應力集中，因此在選取土工格柵時應采用較大的安全系數。

3 結語

綜合各觀測數據，可以得出以下結論:

(1)各項測試數據看，在監測期末零征地拓寬路基各項測試數據趨于穩定，拓寬路堤已經處于穩定狀態。

(2)各監測點監測值變化主要發生在修筑路堤期與路堤完工后3個月內，工后期間各監測值變化較小。比如累計最大側向位移約為20mm，但該累計側向位移中約15mm發生在路堤修筑期間。設計方案和施工方案較好，能保證拓寬工程的變形和穩定性要求。

(3)孔隙水壓和土壓力測試結果都表明:采用粉噴樁處理軟土地基，粉噴樁為剛性樁，樁與樁間土不是協調變形，粉噴樁主要承受上部荷載。

(4)對比各項監測指標，經過雨季期過程中，斷面的沉降的變化較明顯，而其他指標(側向水平位移、土壓力、孔隙水壓力等)基本上無變化。因此，對于軟土地基上的加筋土擋墻，為了保證拓寬工程的長期變形性能，應嚴格控制軟土地基的處理及其沉降，并做好工程的防排水處理。

(5)零征地加筋拓寬路堤的水平位移和沉降主要發生在路基的施工及其完成初期，而后來的運營期間的沉降較小。因此為避免拓寬路基的不均勻沉降導致路面開裂，對于拓寬路基應采用先進行一段時間的堆載預壓，然后再修筑路面的施工方法。

[1] 周宇，肖裕民.新舊路基拓寬常見病害分析[J].重慶交通學院學報，2006，25(1):71-74.

[2] 黃琴龍，凌建明，等.舊路拓寬工程的病害特征和機理[J].同濟大學學報:自然科學版，2004，32(2):197-201.

[3] 傅珍，王選倉，陳星光，等.拓寬路基差異沉降特性和影響因素[J].交通運輸工程學報，2007，7(1):54-57.

[4] 聶鵬，曲向進，劉奉僑，叢林，郭忠印.沈大高速公路改擴建工程路基加寬容許工后不均勻沉降指標研究[J].公路交通科技，2005，22(11):19-20，53.

[5] 桂炎德.高速公路拓寬設計方法初探[J].公路，2004(7):59-64.

[6] 周志剛，鄭健龍，李強.土工格網處理填挖交界路基非均勻沉降的機理分析[J].巖土工程學報，2002，24(5):576-579.

[7] 凌建明，錢勁松，黃琴龍，張勇.路基拓寬工程處治技術及其效果[J].同濟大學學報:自然科學版，2007，35(1):45-49.

[8] 凌天清，周濱，吳春波，鄭智能.筋土界面摩擦特性影響因素分析[J].交通運輸工程學報，2009(10):7-12.

[9] 賈圣東，董營營，湯東.離心模型試驗在路基拓寬中的應用[J]，路基工程，2008(4):66-68.