路基差異性沉降控制技術(shù)及其效果分析

劉昌讓

文章依托某高速公路改擴(kuò)建工程，分析了擴(kuò)建工程實(shí)施的重難點(diǎn)，從特殊路基處理、低填淺挖路基處理以及常規(guī)填方段路基三個(gè)方面研究了路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)拼寬路基沉降數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證了該技術(shù)方案的合理性。

路基;軟土;高速公路;沉降;壓實(shí)度

U418.6+2A130474

0 引言

我國(guó)高速公路建設(shè)技術(shù)已相對(duì)成熟，新建高速公路可有效滿足民眾出行需求。而對(duì)于早期建設(shè)的諸多高速公路而言，現(xiàn)階段暴漲的車流量已超越其初期設(shè)計(jì)通行能力上限，結(jié)合高速公路營(yíng)運(yùn)實(shí)際情況，已實(shí)施或籌劃實(shí)施改擴(kuò)建加寬的高速公路數(shù)量逐年增多。但已有的高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目實(shí)施和開(kāi)通也暴露了許多問(wèn)題，其中拼寬后路基的不均勻沉降最為常見(jiàn)，該病害在面層上反映為縱向裂縫。這加大了后期的養(yǎng)護(hù)投入，同時(shí)也會(huì)給管養(yǎng)單位和改擴(kuò)建工程施工單位帶來(lái)不良的社會(huì)影響。因此要嚴(yán)格控制高速公路改擴(kuò)建施工過(guò)程中的拼寬路基沉降水平，實(shí)現(xiàn)新舊路基變形協(xié)調(diào)變化，減少差異性變形的不利影響。

針對(duì)高速公路改擴(kuò)建過(guò)程的各類應(yīng)用技術(shù)，已有專家學(xué)者已展開(kāi)相應(yīng)研究：陳暉等[1]綜合考慮了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、建設(shè)能力以及地區(qū)特征，針對(duì)杭金衢高速公路隧道擴(kuò)寬方案及規(guī)劃進(jìn)行探討，對(duì)既有隧道實(shí)施檢測(cè)和評(píng)估，提出加固整治措施，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)，并對(duì)互通跨線橋段、高邊坡段、明暗挖洞口采空段等重點(diǎn)區(qū)域的擴(kuò)寬施工關(guān)鍵措施進(jìn)行了闡述;李芬等[2]對(duì)高速公路裝配式加寬技術(shù)展開(kāi)討論，利用Abaqus有限元分析手段，基于強(qiáng)度折減理論，對(duì)加寬路基的穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬驗(yàn)證，認(rèn)為需要加強(qiáng)坡上預(yù)制樁的單樁承載力，相較于提升樁間摩擦系數(shù)以及增加樁徑，提升樁長(zhǎng)有著更好的路基穩(wěn)定性提升效果;龔寧等[3]提出了路面動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論，認(rèn)為高速公路改擴(kuò)建施工前的舊路質(zhì)量調(diào)查是提升改擴(kuò)建路面質(zhì)量水平的關(guān)鍵手段，舊路加鋪應(yīng)充分考慮舊路各層結(jié)構(gòu)層的彎沉水平和病害發(fā)生狀況，該綜合手段能夠充分利用原有資源，節(jié)約建設(shè)成本;曹建大等[4]著眼于嚴(yán)寒地區(qū)高速公路改擴(kuò)建過(guò)程中的縱向裂縫發(fā)展問(wèn)題，依托實(shí)體高速公路改擴(kuò)建工程，在裂縫調(diào)查統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分類匯總和內(nèi)在原因分析，提出了縱向裂縫的處治方案，并對(duì)其預(yù)防提出有關(guān)建議;史小魏等[5]依托京哈高速公路改擴(kuò)建工程，著眼于基層接縫處理施工關(guān)鍵技術(shù)方案，先后從拼接結(jié)構(gòu)層清理、水泥漿撒布、混合料離析控制以及拌和碾壓等節(jié)點(diǎn)工程進(jìn)行介紹，并對(duì)實(shí)施后的性能表現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，總結(jié)了完善的拼接

流程;馮玉龍等[6]依托山區(qū)高速公路橋梁拼寬施工項(xiàng)目，在介紹橋梁特征和結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，研究了一定荷載水平下橋梁拼接處的力學(xué)響應(yīng)變化規(guī)律，同時(shí)分析了拼接寬度及截面配筋等情況的影響，總結(jié)了相應(yīng)的技術(shù)方案;張軍輝等[7]對(duì)公路改擴(kuò)建路基拼接施工過(guò)程中舊路基處治深度范圍的確定方法進(jìn)行了研究，擬定了6種實(shí)施方案并在施工中驗(yàn)證對(duì)比其合理性。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，目前針對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程的各類應(yīng)用技術(shù)已有一定的研究基礎(chǔ)，包括縱向裂縫發(fā)展及其控制等，然而在更深層次的高速公路擴(kuò)建路基拼寬差異性沉降控制方面還存在著較大空白。因此，本文依托某高速公路改擴(kuò)建工程，在介紹工程特征的基礎(chǔ)上，分析擴(kuò)建實(shí)施的重難點(diǎn);針對(duì)路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，從特殊路基處理、低填淺挖路基處理以及常規(guī)填方段路基三個(gè)方面分別進(jìn)行論述;明確路基拼寬沉降控制關(guān)鍵技術(shù)，在高速公路擴(kuò)建工程中據(jù)此實(shí)施并跟蹤監(jiān)測(cè)拼寬路基沉降數(shù)據(jù)。研究成果可為高速公路擴(kuò)建路基拼寬沉降控制工程提供技術(shù)指導(dǎo)和數(shù)據(jù)參考。

1 工程特征分析

為探究高速公路擴(kuò)建拼寬路基沉降變化規(guī)律并總結(jié)出有效的控制技術(shù)，本文依托某高速公路改擴(kuò)建工程展開(kāi)研究。該高速公路擴(kuò)建前的寬度設(shè)計(jì)為28 m，改建后對(duì)高速公路兩側(cè)進(jìn)行加寬，加寬至42 m，從原本的雙向四車道變?yōu)殡p向八車道。改擴(kuò)建工程所處區(qū)域?yàn)槠皆瓍^(qū)，地面整體起伏較小且地形較為開(kāi)闊，周邊地層上表面主要分布耕植土，其平均厚度為50 cm，下臥主要為薄層淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)黏土，另有部分路段耕植土下臥有細(xì)砂質(zhì)土體。

擴(kuò)建段所處區(qū)域年平均降水量為650 mm，降水主要集中于7～8月，季節(jié)溫差較大，冬季最低氣溫可達(dá)-25 ℃，夏季最高氣溫則可達(dá)41 ℃;從11月上旬即開(kāi)始產(chǎn)生冰凍，冰凍深度可達(dá)1.77 m，次年4月中旬開(kāi)始解凍。

2 施工重難點(diǎn)分析

在較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的自然沉降和車輛荷載作用下，原高速公路路段基層已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)再產(chǎn)生明顯沉降。在實(shí)施改擴(kuò)建施工后，考慮到工期延長(zhǎng)帶來(lái)的時(shí)間成本投入，無(wú)法給擴(kuò)建部分路基預(yù)留充裕的時(shí)間進(jìn)行自然沉降。因此，擴(kuò)建部分路基后期在自然沉降和車輛荷載作用下會(huì)發(fā)生相對(duì)較大的沉降，原路基和拼寬路基之間將會(huì)產(chǎn)生差異性沉降值，當(dāng)該值超過(guò)搭接處結(jié)構(gòu)層承受閾值后，搭接處結(jié)構(gòu)層就易發(fā)生破壞，進(jìn)而產(chǎn)生縱向裂縫。通過(guò)施工技術(shù)手段，將擴(kuò)建前原路基和擴(kuò)建部分拼寬路基的差異性沉降控制在合理范圍內(nèi)，是高速公路擴(kuò)建施工的重難點(diǎn)問(wèn)題。

3 路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 特殊路基段處理措施

在高速公路擴(kuò)建過(guò)程中，拼寬路基易在幾類特殊路段處產(chǎn)生較大的差異性沉降，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)處理。本文重點(diǎn)闡述的特殊路基段主要包括有3 m以下軟土層、3 m以上滿足沉降規(guī)范軟土層以及3 m以上未滿足沉降規(guī)范軟土層三類。

3.1.1 3 m以下軟土層

當(dāng)軟土路基為較淺水坑或是淤泥土量不大的農(nóng)田時(shí)，可在填筑路基土前將坑塘中的淤泥挖除、積水抽干，隨后換填舊路破碎再生碎石以及砂礫等，其換填高度應(yīng)超過(guò)原地面線35 cm以上（路堤部分或全部侵占水塘?xí)r應(yīng)達(dá)到55 cm以上），換填完成后在換填層上表面設(shè)置鋼塑土工格柵進(jìn)行加固。

3.1.2 3 m以上滿足沉降規(guī)范軟土層

當(dāng)路基填筑施工完畢后的沉降值可滿足規(guī)范要求時(shí)，可采取預(yù)壓方案，從而控制原路基和擴(kuò)建部分拼寬路基的差異性沉降。采用預(yù)壓方案時(shí)公路基底鋪筑60 cm深度的砂礫墊層，并在其上表面設(shè)置土工格柵。預(yù)壓期限應(yīng)設(shè)置在半年以上，填土速率每個(gè)月≤0.7 m，在進(jìn)行下一步工序前，應(yīng)確保填土層有連續(xù)2個(gè)月的沉降值均≤1.5 mm。

3.1.3 3 m以上未滿足沉降規(guī)范軟土層

當(dāng)路基填筑施工完畢后的沉降值無(wú)法滿足規(guī)范要求時(shí)，可采取碎石樁復(fù)合加固方案。碎石樁直徑設(shè)置為50 cm，樁長(zhǎng)設(shè)置有14 m、12 m以及10 m三類，碎石樁間距設(shè)置有160 cm和100 cm兩類。碎石樁平面點(diǎn)位布置為等邊三角形，應(yīng)額外加固至路基坡腳100 cm處。在軟土路基上部鋪筑砂礫層50 cm，并在其上表面設(shè)置土工格柵。

為跟蹤檢測(cè)碎石樁復(fù)合加固方案對(duì)3 m以上未滿足沉降規(guī)范軟土層的加固效果，在填筑路基時(shí)選取4個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

3.2 低填淺挖路基段處理措施

除上述特殊路基段外，低填淺挖路基段往往具有較大的天然含水率，從而易受冰凍影響產(chǎn)生病害，因此要進(jìn)行特殊處理。項(xiàng)目所處區(qū)域季節(jié)溫差較大，冬季最低氣溫可達(dá)-25 ℃，從11月上旬即開(kāi)始產(chǎn)生冰凍，冰凍深度可達(dá)1.77 m，次年4月中旬開(kāi)始解凍，在施工過(guò)程中要避開(kāi)上述時(shí)間段。

針對(duì)土質(zhì)淺挖路基，應(yīng)將路床超挖130 cm并換填山皮土。對(duì)于填高在210 cm以下的低填路基，應(yīng)在130 cm厚的路床區(qū)域內(nèi)選用山皮土，其中填筑山皮土方案用于地表以上部分，換填山皮土方案用于地表以下部分。同時(shí)應(yīng)確保路床下表面處于凍土深度以下，以避免凍融帶來(lái)的不良影響。

3.3 常規(guī)填方路基段處理措施

常規(guī)填方路基段在整個(gè)施工中所占比重最大，因此要加強(qiáng)重點(diǎn)薄弱環(huán)節(jié)的把控，通過(guò)多項(xiàng)控制技術(shù)措施，確保原路基和拼寬路基之間不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的差異性沉降值。

（1）擴(kuò)建段所處區(qū)域年平均降水量為650 mm，降水主要集中于7～8月。在此時(shí)間段進(jìn)行施工時(shí)，要注意避免路基被雨水浸泡，在施工前應(yīng)及時(shí)開(kāi)挖排水溝。如果現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足排水溝開(kāi)挖條件，則應(yīng)采取設(shè)置臨時(shí)排水設(shè)施方案，并與地方排水管網(wǎng)相連接。

（2）高速公路擴(kuò)建前原路基排水溝區(qū)域在長(zhǎng)期水流作用下，其含水率往往要高于其他路基土體，這也導(dǎo)致其承載力相對(duì)較低。因此在擴(kuò)建時(shí)應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行超挖，同時(shí)換填排水性粒料，超挖深度以40 cm為宜。換填并壓實(shí)后，采用25 kJ規(guī)格的沖擊碾進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以碾壓25次為宜。部分不便沖擊碾操作的施工區(qū)域應(yīng)以32 t規(guī)格的重型壓路機(jī)進(jìn)行替代碾壓。

（3）原路基和拼寬路基搭接處是最常發(fā)生縱向裂縫的區(qū)域，為減少該病害發(fā)生，應(yīng)采用開(kāi)挖臺(tái)階的方案進(jìn)行施工。采用銑刨機(jī)將新舊面層搭接處銑刨得到兩個(gè)臺(tái)階，此時(shí)應(yīng)注意在下層臺(tái)階底面預(yù)留4 cm左右厚度的舊路二灰粒料，避免下部二灰土受到雨水侵蝕而發(fā)生損毀。利用切割設(shè)備進(jìn)行切縫，應(yīng)注意保持開(kāi)挖臺(tái)階的棱角，切割完成后將原二灰土挖除。預(yù)留65 cm寬度的路基搭接處臺(tái)階，并沿其邊緣向下開(kāi)挖，開(kāi)挖深度為80 cm直至達(dá)到路床下表面。

（4）完成臺(tái)階開(kāi)挖工作后，應(yīng)對(duì)路床進(jìn)行壓實(shí)，并確保壓實(shí)度≥90%，接著通過(guò)液壓夯對(duì)搭接區(qū)域進(jìn)行夯實(shí)。夯實(shí)范圍應(yīng)以臺(tái)階周邊2 m范圍為宜，且每填筑1 m臺(tái)階應(yīng)進(jìn)行一次夯實(shí)，每次夯實(shí)三遍以上，同時(shí)應(yīng)確保兩次夯實(shí)間的沉降差≤0.4 cm。夯實(shí)先后點(diǎn)位與臺(tái)階線間的位置關(guān)系如圖1所示，按照?qǐng)D示先后順序往返循環(huán)進(jìn)行夯實(shí)。

（5）為確保原路基和拼寬路基之間具備足夠的相互作用，從而控制差異性沉降值，可在液壓夯補(bǔ)強(qiáng)后采用鋪設(shè)土工格柵進(jìn)行加固。除了低填路基段和挖方路基段，常規(guī)填方路基段均應(yīng)在新舊路床搭接處鋪設(shè)土工格柵。其中下路床的上表面及下表面各鋪設(shè)一層并以U型釘進(jìn)行固定，U型釘設(shè)置密度應(yīng)以路寬方向5根/m為宜。

（6）考慮到32 t鋼輪壓路機(jī)無(wú)法完全碾壓覆蓋臺(tái)階周邊位置，路基搭接處的碾壓應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行考慮。在施工過(guò)程中選取試驗(yàn)段K912+200～K912+700進(jìn)行壓實(shí)度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，選取了20個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有7個(gè)點(diǎn)位均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的96%壓實(shí)度。為有效解決這一問(wèn)題，選用18 t三鋼輪壓路機(jī)對(duì)碾壓完成的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)壓收邊。補(bǔ)壓前后的壓實(shí)度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。可以發(fā)現(xiàn)：通過(guò)18 t三鋼輪壓路機(jī)補(bǔ)壓收邊能有效提升搭接處的壓實(shí)度，試驗(yàn)點(diǎn)位經(jīng)補(bǔ)壓后均可滿足設(shè)計(jì)要求的96%壓實(shí)度。

4 路基沉降監(jiān)測(cè)

為了對(duì)上述拼寬路基沉降控制技術(shù)的效果進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，對(duì)路基進(jìn)行跟蹤沉降監(jiān)測(cè)，并對(duì)收集到的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

選取K901+459斷面作為試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)加鋪原路基和拼寬路基的沉降情況分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中，沉降監(jiān)測(cè)頻率如下：分層填筑路基時(shí)，每填筑一層即進(jìn)行一次監(jiān)測(cè);在路堤填土高度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的首月范圍內(nèi)，沉降監(jiān)測(cè)頻率調(diào)整為1次/d;施工過(guò)程中每逢加載間隙期沉降監(jiān)測(cè)頻率調(diào)整為1次/3 d;當(dāng)加載間隙期在一個(gè)月以上時(shí)，沉降監(jiān)測(cè)頻率調(diào)整為1次/月。施工半年過(guò)程中原路基和拼寬路基的沉降變化情況如圖2所示。可以發(fā)現(xiàn)，施工半年過(guò)程中加鋪原路基沉降量處于3～4 mm之間，而拼寬路基沉降量處于6～7 mm之間，二者之間差異性沉降值約為3 mm。

除施工過(guò)程外，擴(kuò)建后高速公路拼寬路基的差異性沉降情況也是需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，對(duì)竣工后投入運(yùn)營(yíng)前3個(gè)月范圍內(nèi)加鋪原路基和拼寬路基的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最終得到運(yùn)營(yíng)三個(gè)月后的加鋪原路基沉降量為1.06 mm，拼寬路基沉降量為1.85 mm，如圖3所示，二者的差異性沉降差為0.79 mm。對(duì)擴(kuò)建后高速公路的路面質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，在路基搭接處未發(fā)現(xiàn)有縱向裂縫產(chǎn)生。這說(shuō)明上文介紹的路基拼寬沉降控制技術(shù)取得了較好的成效。

5 結(jié)語(yǔ)

本文依托某高速公路改擴(kuò)建工程，在介紹工程特征的基礎(chǔ)上，分析擴(kuò)建實(shí)施的重難點(diǎn);針對(duì)路基拼寬關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，從特殊路基處理、低填淺挖路基處理以及常規(guī)填方段路基三個(gè)方面分別進(jìn)行論述;明確路基拼寬沉降控制關(guān)鍵技術(shù)，在高速公路擴(kuò)建工程中據(jù)此實(shí)施并跟蹤監(jiān)測(cè)拼寬路基沉降數(shù)據(jù)，得出以下主要結(jié)論：

（1）特殊路基段處理可采用換填舊路破碎再生碎石、鋪設(shè)鋼塑土工格柵、預(yù)壓以及碎石樁復(fù)合加固等方案進(jìn)行處理。

（2）低填淺挖路基段應(yīng)避開(kāi)冰凍季節(jié)，且淺挖路基路床下表面應(yīng)處于凍土深度以下。

（3）32 t鋼輪壓路機(jī)無(wú)法完全碾壓覆蓋臺(tái)階周邊位置，可采用18 t三鋼輪壓路機(jī)補(bǔ)壓收邊，能有效提升搭接處的壓實(shí)度。

（4）施工半年過(guò)程中加鋪原路基和拼寬路基差異性沉降值約為3 mm，運(yùn)營(yíng)三個(gè)月差異性沉降差為0.79 mm且路基拼接處未產(chǎn)生縱向裂縫，說(shuō)明本文所述路基拼寬沉降控制技術(shù)有較好成效。

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