山區高速公路路基差異沉降特性與控制措施分析

王志偉

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧沈陽 110000）

1 高速公路路基差異沉降特性

1.1 差異沉降機理

一般情況下，采用兩側對稱加寬的方式對高速公路進行拓寬作業，但老路基的施工通常都會比新路基早十幾年甚至幾十年，當進行新路基的施工時，老路基早已完成固結沉降和次固結沉降，地基也已到達穩定的程度，幾乎不會再出現變化，而新路基則不同，其需要經過一個漫長的時間才能完成建設初期的固結沉降和次固結沉降，因此二者還會在運營期內發生，這就是差異沉降機理，也是導致差異沉降發生最主要的原因。同時，新路基自身的附加荷載會在新老路基共同的基礎上產生一定的差異附加應力，從而出現新的差異沉降，一旦出現這種情況，會嚴重影響高速公路的施工或者運營，而采取不當的措施則會讓差異沉降越來越大，嚴重時還會導致老路基出現拉裂或者新路基出現開裂，嚴重危害公路施工和運營安全。

1.2 差異沉降特征

（1）豎向位移。通過對路基進行拓寬作業后的豎向位移進行對比可以看出，其豎向位移有著明顯的變化[1]。在開始進行拓寬作業之前，老路基的沉降分布特點為邊緣小、中間大，即豎向位移的最大值出現在老路基中心線的位置，而這樣的沉降分布規律和新建路基表現出來的是相同的；在完成路基的擴寬作業之后，老路基右側的沉降在不斷增加，但此時沉降的最大值卻出現在新路基下方一定深度的位置，然后不斷地減小，將其繪制成圖后發現，其表現為鐘形。

（2）水平位移。通過將老路基和新路基的水平位移進行對比可以看出，在進行路基拓寬作業之前，水平位移的最大值出現在老路基下方的路基上，但此時路基中心線位置的水平位移卻為零；當路基拓寬作業完成后，水平位移的最大值卻出現在新路基上，此時，在新老路基拼接位置的左側以及老路基較為中心的位置，水平位移值呈現出減小的趨勢，而在新老路基拼接位置的右側，水平位移值呈現出增大的趨勢。

（3）豎向應力。在對路基進行拓寬作業時，路基頂面的位置會出現最大的豎向應力值，而且其會隨著地基深度的加深而減小；當最大豎向應力值不斷增加時，其位置則會不斷靠近新路基中心的位置。

2 路基沉降原因

2.1 填料質量

路基的差異沉降在很大程度上會受到路基填料質量的影響。不同的填料會有不同的性質，而且會讓路堤地面產生不同的附加應力，從而產生不同的地基變形量，造成差異沉降的產生。所以，想要在最大程度上減小路基的差異沉降，就需要確保路基填料的均勻性和強度[2]。

2.2 土體自重引起的天然沉降

在山區修建高速公路，路基都會表現出工程量大、填方高的特征，而此時路堤的填土就會變成整個公路的附加荷載，其會在一定程度上讓天然的地基出現沉降變形，路堤的填土高度和土質會影響到沉降變形的大小。路堤的填筑高度越大，地基就要承受更多的應力，地基的沉降量也會隨之增大。

2.3 路基壓實度

路基填料壓實度越大，路基填土本身的沉降量會越小，想要促進高填方路基沉降的有效減少，就需要盡量提高路基本身的壓實度。在對山區高速公路進行施工時，需要選擇合格的路基填筑材料，確保施工機械和填筑方法的有序合理，這樣才能在最大程度上確保路基的壓實程度，在公路投入使用之后，也不會因為車輛荷載的重復作用而出現沉陷和變形，增加公路的使用壽命。

3 路基差異沉降的技術治理措施

3.1 確定樁間距

在進行復合地基設計的過程之中，最需要考慮的因素就是樁間距，選取3 m，2.5 m，2 m這3種不同的樁間距，通過一系列的計算，得出了地基沉降具體的數值，并用預應力管樁和得到的數據進行比較，表1是具體計算結果。

表1 復合地基下不同沉降值的計算結果

通過表1的內容及數據可以看出，當樁間距從3 m減小到2 m時，對應的峰值分別增加了11.13%，19.42%，14.65%，地面峰值也存在不同程度的增加。因此，通過表1中的對比發現，樁間距對于復合地基產生的沉降影響相對比較大。通過一系列的分析可以得出，想要對路基沉降效果進行有效把控，將樁間距控制在2.5 m的效果最佳。

3.2 確定樁模量

在進行高速公路地基的設計時，需要重點考慮樁體剛度帶來的影響。為了有效分析不同樁體模量所起到的作用，將樁間距控制為2.5 m，然后分別取50 GPa，40 GPa，30 GPa這3種不同情形的模量進行對比，表2是不同情況下得到的沉降值。

表2 復合地基在不同樁模量情況下的沉降值

通過對表2進行分析可以看出，沉降的效果會隨著預應力模量的減小而變得更不明顯。當樁模量從50 GPa下降到30 GPa時，與無樁的最大沉降進行對比，可以發現其都有不同程度的增加。但是從數值的差異來看，選取50 GPa，40 GPa以及30 GPa，3種不同情況下沉降的增加程度基本相同，因此，從降低沉降效果以及整個工程造價2個角度出發，只需要選取模量30 GPa便能滿足工程的需求。

3.3 確定樁長

在公路工程設計和施工的過程中，值得注意的另外一個因素就是樁長，因此，為了有效分析樁長對整個公路地基沉降產生的影響，先將樁間距設定為2.5 m，將模量確定為30 GPa，分別取9 m，8 m，7 m的樁長對預應力管樁沉降的峰值進行計算并對計算得到的結果進行比較。表3是相關數據。

表3 復合地基在樁長不同時的沉降值

通過計算得到的表3值可以看出，隨著預應力長度的不斷減小，降低沉降的效果越來越不明顯，如果沒有設置樁作為參照物，隨著樁長度的不斷減小，最大沉降值會不斷增加，且沉降峰值也會逐漸增加。根據上述的數值分析可以看出，路基表面的最大沉降量及最大差異沉降都隨著樁長的減小而增加，而且整個變化幅度在不斷地減小。樁體長度為8 m時，能很好地限制新老路基出現的差異沉降，因此，將預應力的樁長設置為8 m[3]。

3.4 確定墊層材料

不同的公路建設項目，使用到的墊層材料的剛度也是不同的，本研究分別取 70 MPa，50 MPa，30 MPa，10 MPa 這 4 種不同墊層材料的模量來進行對比分析，表4是相關數據。

表4 復合地基在不同剛度墊層材料下的差異沉降量

通過表4的數值可以得到，隨著材料剛度的不斷減小，沉降效果會越來越不明顯，而且其頂面的最大沉降差呈現出逐漸增長的趨勢。隨著墊層材料的不斷減小，最大差異沉降的線性則表現出逐漸增加的趨勢。雖然，上述的結果都呈現出不斷增大的趨勢，但上漲幅度并不大，因此，在實際施工過程中，選取墊層材料的模量只需要達到10 MPa就能滿足施工的需求[4-5]。

4 結束語

在對山區高速公路進行拓寬作業后，新老路基會出現不同程度上差異沉降，最主要的表現就是新老路基在豎向位移、水平位移以及豎向應力等方面表現出的不同，所以，如果需要對高速公路進行拓寬作業，則要盡可能地將減小差異沉降作為施工技術的基礎，結合以往的施工經驗和一系列分析得出：樁間距2.5 m，樁模量30 GPa，模量墊層材料10 MPa為最佳需求。