公路拓寬路基差異沉降規律現場試驗研究

劉廣波 王 喆 王 珂 張宏博 陳月霞

(1.山東高速股份有限公司，山東 濟南 250000； 2.山東大學,山東 濟南 250000; 3.山東農業工程學院，山東 濟南 250000)

0 引言

濟青高速公路改擴建工程路線全長309.2 km，原有高速公路為雙向四車道，拓寬方式以“兩側拓寬為主、局部單側或兩側分離拓寬為輔”，改擴建完成后為雙向八車道，拓寬后標準路基寬度42 m，拓寬后的濟青高速設計通行能力顯著上升，將極大的緩解交通擁堵的情況，對帶動沿線城市經濟發展具有重大的意義。

雖然近年來我國已經對多條高速公路進行了改擴建施工，但是在拓建項目的研究分析過程中發現，拓建項目的難度遠遠大于新建項目。其主要原因是擴建項目必須在原有老路存在的基礎之上建設，這就增加了很多的約束性，在一些已完成改擴建的高速公路中出現了一些嚴重影響運營的問題，路面、路基出現開裂、大面積下沉等現象。由于目前高速公路改擴建從設計到施工仍沒有完善的規范和施工方法可循，因此對于高速公路拓寬工程，有關差異沉降的控制關鍵技術還存在很多問題亟待解決。

本文通過開展改擴建工程拓寬路基現場試驗，研究了改擴建公路拓寬路基差異沉降規律。分析了不同處治措施下路基差異沉降變化規律，課題研究成果的取得可為類似工程提供參考和借鑒意義。

1 試驗路段處治方案

現場試驗路段為跨鐵路高填方路段，路基填筑段高度7.8 m，其中過渡段高度7.8 m～11.8 m，為減小新舊路基差異沉降，該路段加固設計方案包括CFG樁復合地基和土工格室，并配合傳統老路基削坡與臺階開挖施工方案，詳細加固方案如下：

1)CFG樁網式復合地基。

CFG樁樁長為15 m，樁徑為0.4 m，采用三角形布置形式。樁間距分別為1.3 m，1.4 m，1.5 m共三種。樁頂填筑0.4 m厚碎石墊層和0.3 m厚土層，壓實后鋪設土工格室并填筑上部路基。

2)削坡與開挖臺階。

除CFG樁復合地基和土工材料加固措施之外，試驗路段還采用傳統的削坡開挖臺階，削坡厚度不小于30 cm，臺階開挖寬度不小于1 m，高度不小于0.8 m，自下而上對老路基，控制臺階表面內傾角為2%～4%。為保證開挖臺階不影響老路基穩定性，在臺階開挖過程中，及時進行回填土。

2 現場試驗

2.1 現場試驗目的

由于改擴建公路拓寬工程有不同的現場條件、復雜的土質條件以及相應的理論支撐，所以即使根據不同的路基高度制定了相應的處治方案，但是處治效果如何很難去評測。因此，本現場試驗的目的主要通過分析現場實測得到的數據，進而評價不同處治方案在改擴建公路工程中的適用性，從而為方案設計提供基礎數據參考，優化方案設計。

通過勘察地質資料以及工程設計資料，選擇重點觀察路段和普通觀察路段測試數據進而分析改擴建拓寬路基差異沉降規律以及不同地基處置方案下新建路基的沉降規律，指導后續施工。表1為地質條件匯總表，表2為各試驗段參數匯總表。

表1 地質條件匯總

表2 各試驗段參數匯總

2.2 現場試驗方案

本現場試驗監測主要內容包括相同處置方案下新建路基橫向沉降規律以及不同處置方案下新建路基沉降規律，為保證監測結果的準確性并考慮工后的連續監測，綜合比較其他傳統位移和沉降監測方法，本試驗中埋設剖面沉降管監測路基沉降，配合使用JMZX-3001綜合測試儀采集沉降數據，如圖1所示，其工作機理為：通過探頭在剖面沉降管中沿內槽滑動測量得到探頭長度范圍內測斜管傾角，根據自身長度計算得出前后兩端沉降差，依次累積得到整個橫斷面的沉降變形規律。沉降管沿路基橫斷面通長布設，并深入老路基內部2 m～3 m。其埋設方案和具體埋置過程見圖1和圖2。

剖面沉降管埋設方案如圖3所示。

3 拓寬路基差異沉降規律研究

3.1 新建地基沉降變形規律

圖4為普通路段填筑過程中新建路基沉降變形規律。由圖1可知：

在整個路基填筑過程中，新建路基沉降變形規律基本一致，即沿著路基橫斷面方向，隨著距新建坡腳處距離越大，地基表面沉降量近似呈線性增加，在距坡腳11 m處即新建路基橫斷面型心處沉降量達到最大，隨后沉降表現為平穩狀態；隨著路基填土高度的增大，整個橫斷面地基表面沉降量均增大，且地表沉降增幅與路基填筑高度有關。在路基填土高度達到7.8 m后，沉降較長一段時間內，橫斷面各位置處地表沉降仍在增加，但沉降量增幅較小，最終最大沉降為49.91 mm。造成這一規律的主要原因是在堆載過程中地基土壓縮引起的路基沉降占主要部分，地基堆載完成后壓縮變形逐漸減小但其內部固結沉降仍在發生，相比壓縮變形固結沉降量較小但持續時間較長，因此填筑完成后沉降速率變緩，這一監測結果也驗證了本試驗方案選取的監測方法真實可靠。

3.2 不同地基處治方式下新建地基沉降變形規律

通過圖5有樁路段以及無樁路段地基表面沉降量對比發現：有樁路段以及無樁路段地基橫斷面沉降規律相同，即從坡腳至路基中心位置呈現先線性增大后趨于平緩，該監測結果表明地基沉降形式的體現主要受上部新建路基附加荷載的分布影響，與地基處治方式無關。在相同路基填土高度時，CFG樁處治后，地基沉降顯著減小，其中無樁路段最大沉降量為49.41 mm，有樁路段最大沉降量為38.1 mm，CFG樁的應用使地基表面沉降量較普通路段減小了約23%。

3.3 不同樁距下新建地基沉降變形規律

選取K197+630～K197+660填土高度相同CFG樁網復合地基路段，得到不同樁間距下新建路基最大沉降變化規律以及最大差異沉降變化規律見圖6，圖7。K197+630采取樁間距為1.3 m，K197+645樁間距為1.4 m，K197+660樁間距為1.5 m。

1)由圖6可知，隨著樁間距的增大，路基最大沉降量增大。樁間距為1.5 m時，最大沉降量為44.91 mm，樁間距為1.3 m時，最大沉降量為42.69 mm，由此可見，隨著樁間距的減小，最大沉降量僅減少5%。

2)由圖7可知，隨著樁間距的增大，路基最大差異沉降量增大。樁間距為1.5 m時，最大差異沉降量為38.21 mm，樁間距為1.3 m時，最大沉降量為37.73 mm，由此可見，隨著樁間距的減小，最大沉降量僅減少2%。

3)根據以上沉降監測結果可知，增設CFG樁后整個橫斷面范圍內地基沉降變形可顯著減小；雖然隨著樁間距的減小，路基沉降也在減小，但樁間距改變對控制地基沉降效果并不明顯。因此考慮到建設成本，在CFG樁設計時，可適當增加樁間距，或者沿路基橫斷面方向，由路基中心至新建路基坡腳處，樁間距可逐漸增大。

4 結論與建議

1)新建高速公路沉降規律表現為：沿著路基橫斷面方向，地基沉降呈現先增大后趨于平緩的規律，最大沉降量位于新建路基橫斷面型心處；且地基表面沉降變形量與路基土填筑高度成正相關；路基土填筑完成前，地基壓縮變形占主要部分，填筑完成后地基沉降仍在增加，但沉降速率變緩，且主要是地基固結沉降。

2)CFG樁網復合地基處治后地基，其橫斷面沉降規律與普通路段基本一致，處治后的地基沉降量減小約23%。

3)地基沉降變形隨樁間距的減小逐漸減小，但樁間距改變對控制地基沉降效果并不明顯，在樁網復合地基設計時，不應以樁間距作為主要控制目標，或適當增大樁間距以減小工程建設成本。