關于江蘇省改擴建高速公路軟土路段拼寬路基沉降控制方法的探討

羅秋福 （華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

隨著我國高速公路建設事業的快速發展，先期建成道路已無法適應目前大交通量的需求。東部、中部省份改擴建項目即將全面展開。“十三五”規劃明確推進京哈高速、京滬高速、京臺高速、京港澳高速、沈海高速、滬蓉高速、連霍高速、蘭海高速等8條主通道擴容工程。

江蘇省已經實施了一批改擴建項目，滬寧高速公路于1996年建成通車，是江蘇省第一條高速公路，江蘇段全線全長248.2km，行車速度120km/h。但隨著長三角經濟的快速發展和城市群的加速形成，交通量迅速增長，滬寧高速公路擁堵日益嚴重，已不能滿足經濟社會發展的需要，為解決這一狀況，從2003年五月江蘇省政府決定對滬寧進行改建，于2006年1月通車，滬寧高速改擴建工程自開工以來，在沒有中斷交通的情況下，僅用了兩年左右的時間，就實現了全線貫通。江廣高速自正誼互通止于廣陵樞紐互通立交，路線全長66.006km，原設計為雙向四車道，后于2015年8月全線開工建設，并于2018年6月建成通車。

2 軟土的分布特性

江蘇省軟土地基分布廣泛，高速公路特殊路基處理難度大，地基處理技術是工程建設中的關鍵問題。軟土地基處理的效果決定了高速公路路面的狀況和高速公路行車的舒適性和安全性。

軟土是第四紀形成的海相、瀉湖相、三角洲相、溺谷相和湖泊相的沉積物或河流沖積物，部分軟土屬于新近淤積物。軟土大部分處于飽和狀態，其特點是天然含水量高，天然孔隙比大，抗剪強度低，壓縮系數高，滲透系數小。在荷載作用下，軟土地基承載力低，地基沉降變形大，而且沉降穩定歷時比較長，一般需要幾年，甚至幾十年。軟土是江蘇地區高速公路工程建設中遇到最多需要進行地基處理的特殊土，廣泛分布于省內大部分地區，其中連云港、鹽城、蘇州等地區分布的軟土最具典型性。

軟土地基上公路路堤的設計與施工質量在很大程度上取決于地質資料的正確性和代表性，高速公路勘察設計中應認真收集沿線的地形、地貌、工程地質、水文地質、氣象等資料，按照《公路工程地質勘察規范》（JTGC20-2011）有關規定，采用適宜的勘探方法進行綜合勘探試驗和現場原位測試，并進行統計與分析，為設計提供可靠的軟土物理力學性質指標。

根據交通運輸部頒《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/TD31-02-2013）軟土的鑒別依據見表1。

此外不屬于軟土，但工程性質較差的土一般定義為軟弱土，指標如下：

表1 軟土鑒別指標

土工試驗指標孔隙比和液性指數在1.0 左右，qc=0.7MPa～1.0MPa。

粉土、砂性土0.7＜qc＜1.5MPa。

3 軟土的主要工程地質問題

軟土由于具有含水量高、壓縮性大、透水性差、強度低和變形穩定所需時間長等工程特性，一般不能直接作為天然地基使用，需經過加固處理以減小道路路基在荷載作用下引起的沉降或不均勻沉降。通常，軟土路基問題及其危害概括起來有如下方面：

3.1 強度及穩定問題

當軟土路基的抗剪強度不足以承受路堤及路面外荷載時，軟土路基會產生局部或整體剪切破壞，造成路堤塌方、失穩及橋臺破壞。

3.2 沉降變形問題

當軟土路基在上部荷載及外部荷載作用下產生過大的沉降變形時，會影響道路的正常使用。特別是產生過大的不均勻沉降時，造成路面開裂破壞，結構物與路堤銜接處差異沉降，引起橋頭跳車，涵身、通道凹陷、沉降縫拉寬而漏水；路面橫坡變緩、積水，從而引起路面損壞等等。因此，軟基處理可分為穩定處理和沉降處理兩大類型。

3.2.1 穩定處理的作用

控制剪切變形：制止周圍地基因路堤荷載作用發生隆起或滑動。

阻止強度降低：阻止因路堤荷載作用而強度降低，以求得穩定。

促進強度增長：加速地基強度的增長，以求得穩定。

增加抗滑阻力：改變路堤形狀或換填部分地基，增加抗滑阻力，以求得穩定。

3.2.2 沉降處理的作用

壓密、排水固結，加速固結沉降；加速地基沉降，減少有害的剩余沉降量。

減少總沉降量：滿足工后沉降要求，保證在預定的工期內達到沉降穩定，滿足使用要求。

4 控制標準

根據JTGL11-2014高速公路改擴建設計細則要求：①工后沉降計算年限宜小于15 年；②拼寬部分路基工后沉降，應滿足橋頭處不大于5cm、通道及涵洞處不大于10cm、其他一般路段不大于15cm 的要求；③差異沉降控制，應滿足拼寬路基的路拱橫坡度增大值不大于0.5%，相鄰路段差異沉降引起的縱坡變化不大于0.4%的要求。

2017 年由江蘇交通控股有限公司頒布的江蘇省地方標準《高速公路擴建工程技術標準》中規定：①拼接路基的計算總沉降量大于15cm的路段應按軟弱地基進行處治設計；②在原路路基沉降基本穩定的軟弱地基路段，拼接路基處治后總沉降量應小于15cm、工后沉降量應小于5cm、原路中心附加沉降應小于3cm；③差異沉降控制，應滿足拼寬路基的路拱橫坡度增大值不大于0.5%、相鄰路段差異沉降引起的縱坡變化不大于0.4%的要求；④原路路基沉降未穩定時，宜進行專項設計論證，應同步對原路路基進行再處治。處理困難的路段拼接帶的差異沉降應小于5cm；⑤擴建方式采用整體式斷面的局部分離路段且距原路路基較近時，需要時可采用設置隔離措施或對新建路基進行處理等措施，其附加總沉降應小于5cm。

5 地基處理方法

a.置換法：適用于淺薄層（3m）軟弱土、雜填土等。材料：碎石、砂礫石、石灰或水泥改良土、混凝土廢料等。地下水下不用石灰土，要選用水穩性好的填料；最好不用碎石土，可用山皮土。土工材料可根據需要加筋。強夯法主要用于雜填土、砂性土，處理抗震液化。由于需要砂石墊層、運輸不便，夯沉量大，補償土量大，性價比不高，公路較少用。

b.排水固結法：適用于深厚層（小于30m）飽和軟（弱）黏土、沖填土、填海湖造田地，其具有含水量、壓縮性高，強度、滲透性低等特點。

c.復核地基法（碎石樁）：深厚層（小于30m）軟（弱）黏土，液化土。

d.復核地基法（加固土樁）：深厚層（小于30m）軟弱土，液化土。適用于處理十字板抗剪強度大于10kPa，有機質含量小于10%的軟土地基。

e.復合地基法（PHC）：深厚層（小于40m）軟弱土。適用于處理深厚軟土地基上荷載較大、變形要求較嚴格的高路堤路段、橋頭及銜接過渡段。十字板抗剪強度＜10kPa易倒斜，慎用。

f.輕質土、加筋土路堤：減輕路堤荷載，加強搞獨立自身穩定性。一般與深層處理措施結合應用。

6 計算參數選用

計算軟件：理正巖土

計算模塊：既有軟土地基拓寬設計

相關計算參數：路基土厚度、粘聚力、內摩擦角、路堤處理

7 改擴建項目中軟土地基處理的幾點思考

新建高速公路模型簡單，只需按照相關參數控制中心點沉降即可，但改擴建項目沉降控制標準復雜，需同時結合老路的沉降情況及新拼寬路段的沉降情況，其中老路的沉降情況比較復雜，需詳細搜集老路的施工時間、老路的軟基處理方案來判斷老路的地基沉降情況，必要的情況下需對老路的沉降情況進行重新觀測，確定老路的固結情況。

改擴建項目中部分橋梁由于航道等級提升或者凈空要求提高等原因，縱斷面需要進行抬升。對于縱斷面抬升路段沉降控制標準的控制，改擴建規范中并未提及。如果按照目前規范中要求的拼寬部分路基工后沉降橋頭處不大于5cm、通道及涵洞處不大于10cm、其他一般路段不大于15cm的要求進行控制的話則需要較強的處理方案，可能會導致較大的造價浪費。結合現場實際情況及通車后運營情況，建議抬高路段沉降控制標準調整為全斷面總沉降不大于20cm，工后沉降不大于10cm。

按照設計文件要求，為增強新老路的拼接，減少差異沉降，需在拼接臺階處進行管樁施工，現場施工單位反饋施工困難，能否將臺階上的管樁取消。為加強新老路銜接，臺階上的管樁需要進行施工，施工單位需對施工機械進行改裝后施工臺階上的管樁。

臨塘路段：

問題：施工時常需要抽水清淤，由于局部降低了原來的地下水位，對路基額外增加了由于地下水位的降低而形成的呈三角形或梯形分布作用于地基的垂直向偏心荷載，易引發路基、路面開裂。因此，采取必要的措施，施工時減少原路地基的影響。優先采用抗滑穩定性能更佳的雙向水泥土攪拌樁；

措施：復合地基處理路段優先打設河塘與坡腳范圍內樁基，打設完成后再行清淤，嚴禁采用水沖、吸淤法等施工工藝，以防路基失穩；

嚴格控制路基填筑速率，填筑速率≤1m/月，加強施工時河塘路段沉降和側向位移觀測，實施監測動態設計；

重點關注既有道路地基很差、地基未處理或采用塑排板預壓處理的河塘路段，必要時設置地下定噴墻（連續墻）、雙軸攪拌樁止水帷幕、抗滑樁等處理措施。

沉降觀測：

一般軟土路段的觀測，主要監測新填路基地表沉降和地表及地下深層水平位移的變化情況。觀測工作由施工單位負責，現場的測試設備和標志也由施工單位嚴加保護。

監測布點基本原則：①測點布置時臨空、橋頭和小型構造物作為重點監測路段；②一般拼寬斷面僅埋設沉降板；③河塘、地基土性差的路段，在路基單側或兩側坡腳處設置測斜管，對路基穩定性進行觀測；④沉降與位移觀測點宜布置在同一橫斷面上。

8 結語

軟基處理的方法很多，選擇方案的時候應根據項目所在地的地質條件、水文水利等條件，充分考慮施工的可行性，依據先簡后繁，就地取材的原則選擇合適的處理方案，避免施工期和后期運營期的路基病害的發生。