探討公路工程半幅填方路基差異沉降的影響因素

杜潔

摘要 高速公路舊路基拓寬施工常采用半幅填方施工方案，但拓寬后的路基易出現差異沉降，導致道路結構破壞，路用性能下降，引發道路交通安全問題。文章結合某高速公路半幅填方路基施工實踐，從填方高度、填料重度、路基拼接方式、拓寬寬度等方面入手進行研究。研究發現，差異沉降與路基寬度成正比，一側拓寬方式下的差異沉降明顯大于兩側拓寬方式，進而提出高速公路路基拓寬施工優化措施。

關鍵詞 公路工程;半幅填方路基;拓寬填方;差異沉降

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0127-03

0 引言

當前我國早期建設的高速公路已接近或超過設計使用壽命，公路交通負荷已達到極限，導致交通擁堵和交通事故。因此，需要盡快修復和擴建早期高速公路，以有效保證道路行車安全[1]。路基拓寬是舊公路改造升級的主要方式，但改造后的新舊路基容易出現差異沉降，影響施工質量，是導致道路路基路面病害的主要原因。這不僅會影響道路通行能力和服務水平，還會降低道路行車安全性、舒適性，不利于高速公路的可持續發展。高速公路路基拓寬施工的關鍵環節是有效控制新舊路基之間的不均勻沉降。路基拼接方式、設計寬度、填方高度、填料重度等是路基拓寬施工需要重點考慮的主要因素。因此，需要全面深入研究影響高速公路路基拓寬施工階段新舊路基差異沉降的因素及控制措施。

1 填方路段沉降機理分析

在高速公路路基拓寬施工階段常采用半幅填方路基施工工藝，但由于未對路基填方進行壓實固結，土體結構強度不足，內部粘結力不符合要求，導致填方施工后的路基沉降出現較為明顯的不均勻沉降，導致路基沉降差值，水平位移超出合理范圍[2]。

施工過程中，半幅填方路基壓實度與時間成正比，土體變形程度同時逐漸增大，進而導致路基沉降量逐漸增加。在荷載作用下，路基土體孔隙中的水壓降低，固結度增加。隨著路基土體固結的不斷發展，孔隙率逐漸減小，土體有效應力增大，最終發生壓縮變形。

2 工程案例

基于某高速工程改擴建工程實踐，研究影響路基拓寬施工中路基差異沉降的各種因素。路基土體主要為粉質壤土、粘性土和粉砂巖。路基拓寬施工時，由于荷載的作用，舊路基土體在持續應力影響下經過長時間的壓實和固結，其結構穩定，沉降較小，而新拓寬的路基會形成應力，導致原有路基沉降加大[3]。

通過沉降儀檢測路基沉降量，通過現場監測數據分析各種影響因素，對半幅填方施工中路基沉降差異的影響分析，進而制定有效的沉降控制方案。采用水平移動樁或邊樁控制路基水平位移幅值，有效確保路基路堤結構的穩定性[4]。

2.1 沉降監測

新舊路基沉降差異是指拓寬后的新路肩邊沿與原有路堤中線之間的沉降差異，該次研究結合某條高速公路的施工實踐，選取K17+150～K17+650作為試驗路段，研究沉降差異的影響因素，將沉降板置于新路肩邊沿與原有路堤中線位置，將側樁布設于路基坡腳外側1～2 cm、10～12 cm位置。

2.2 水平位移監測

該文根據某高速公路實際情況選用極坐標法，觀測側樁位移，基于全站儀測量側樁坐標。結合該高速公路改擴建工程實踐，取第一次邊樁的坐標測量數據作為研究依據，求得邊樁位移以及坐標差。

3 差異沉降影響因素分析

地質、地形、路基拓寬方案、路基填方高度、路基填料重度等因素都會影響路基拓寬施工中的新舊路基沉降。

3.1 路基填料重度對差異沉降的影響

不同類型路基填方材料的重度不同，產生的附加應力不同，對路基差異沉降的影響也存在差異。

（1）明確填料重度與路基沉降之間的關系是研究路基拓寬施工中的差異沉降問題的關鍵，以三種重度的填料為研究對象，即粉煤灰土（重度4 kN/m3）、一般填土（重度10 kN/m3）、泡沫輕質土（重度17 kN/m3）進行路基填方試驗，找出填料重度與路基差異沉降之間的關系。

（2）填料重度與路基沉降成正比，且路基沉降差值呈線性變化。

（3）用重度為4 kN/m3的填料進行填方施工后，路基差異沉降最大值為1.2 cm，當路基填料重度為10 kN/m3時，路基差異沉降最大值為2.4 cm，當路基填料重度為17 kN/m3時，路基差異沉降最大值為3.8 cm。前兩個沉降差值相差1.2 cm，后兩個沉降差值相差1.4 cm。顯然，重度小的填料可以有效降低填方施工帶來的路基沉降差值。可見，半幅路基拓寬施工可以使用輕質泡沫填料減輕新建路基的重量，降低施工后路基表面的沉降差異。

3.2 拓寬方式對差異沉降的影響

工程實踐中，高速公路路基拓寬有兩種常見方式：一側拓寬和兩側拓寬。在典型橫斷面設置測點，結合各種拓寬方法和工程實例分析半幅路基的沉降變化規律。路基高4 m，坡度為1∶1.5，回填土為普通回填土，通過設置沉降板控制土體沉降，通過設置側樁控制土體水平位移。

3.2.1 一側拓寬

在一側路基拓寬試驗段設置測點，通過沉降值測定儀測得4 m、8 m、12 m、16 m四種拓寬寬度下的路基沉降以及一側拓寬不同寬度時路基頂面最大差異沉降變化，分別如圖1、圖2所示，路基土體水平位移如圖3所示。

（1）根據圖1、圖2可以看出，拓寬寬度與路基沉降大小成正比。路基拓寬寬度為4 m時，路基沉降差最大值為5.94 cm。路基拓寬寬度為8 m時，路基沉降差最大值為11.66 cm，沉降差增加5.72 cm;路基拓寬寬度為12 m時，路基沉降差最大值增加4.17 cm。路基拓寬到16 m時，沉降差最大值增加4.15 cm。可見，增加路基拓寬寬度可以減小路基沉降差異變化幅度。

（2）從圖3可以看出，拓寬寬度與水平位移成正比關系，同時和路基水平位移成正比，水平位移量增加，因此，應該合理控制拓寬路基的填方施工速度。

（3）根據上述分析可知，寬度8 m時，新舊路基之間的沉降差異、水平位移均不明顯，可見，拓寬寬度最佳值為8 m。

3.2.2 兩側拓寬

兩側拓寬方式采用與一側拓寬方式相同的測點布設方式。寬度分別取4 m、8 m、12 m、16 m，同時路基結構對稱分布，每一側的拓寬寬度取總拓寬寬度的二分之一，即2 m、4 m、6 m、8 m。

（1）采取兩側拓寬施工方案，路基沉降曲線、最大不均勻沉降和水平位移與一側拓寬大體相同。（2）如果拓寬寬度相同，采用兩側拓寬施工方案時，新拓寬路基與原有路基之間的沉降量差異不大，新路基帶來的附加應力均勻分布在路基兩側，新拓寬路基與原有路基之間的不均勻沉降較小。（3）比較兩種路基拓寬方式可知二者各有優缺點。對于同樣的拓寬寬度，兩側拓寬對道路結構的荷載受力均勻分布更有幫助。但總的來說，兩側拓寬對道路運營影響更大，增加了施工難度和工程成本。

3.3 填土高度對差異沉降的影響

填土高度、填土自重也會影響路基沉降。填土高度與路基沉降成正比。為研究填土高度與路基沉降之間的關系，該次研究假設路基拓寬寬度為8 m、填料為普通填料，路基邊坡坡度1∶1.5，分別測量2 m、4 m、6 m、8 m四種填土高度對應的路基沉降變化曲線、填土高度與路基頂面沉降差異最大值的關系、填土高度與路基水平位移的關系分別如圖4、圖5、圖6所示。

根據圖4、圖5可知，對于拓寬后的新路基，其填土高度與沉降量、路基沉降差異成正比。四種填土高度對應的路基沉降差最大值分別為7.3 cm、13.1 cm、20.3 cm、23.4 cm，結果顯示，填土高度與路基沉降成正比，由于填土自重的影響，路基沉降差異先增加后減小，且沉降差值最大位置向外偏移。從圖6中可知，填土高度與路基土體水平位移成正比，且新路基水平位移的影響大于舊路基。在實際操作中，如果填土高度過高，可以采用“緩邊坡”以保證整條道路的穩定性，也可以通過增加路面的壓實度來控制水平偏移[5]。

4 結論

基于上述研究可總結出以下幾點路基拓寬施工階段的優化措施：

（1）盡量選用重度小的填料。填料的重度越小，拓寬施工對路基不均勻沉降的影響越小，例如，泡沫輕質土，其自重很小，采用該類填料進行半幅填方施工不會導致路基沉降差異過大，同時該類填料成本較低，可以有效提高施工經濟效益，同時保證施工質量。（2）路基拓寬最佳寬度為8 m，該寬度對應的路基沉降差異，水平位移均在最佳范圍內。對于較窄的路基可以采用一側拓寬施工方案，反之應該選擇兩側拓寬施工方案，兩種方案各有優缺點，一側拓寬施工方案對交通的影響小，采用兩側拓寬施工方案時，路基沉降更加均勻，新舊路基沉降差異不明顯。（3）最佳填土高度為6 m，當填方高度超出6 m時，路基沉降、水平位移明顯增大，嚴重威脅路基邊坡的穩定性。（4）半幅填方施工階段，回填土的壓實度取值取決于壓實設備功耗，壓實次數卻決于土體類型，砂土壓實2～3次，亞砂土壓實3～4次，粘土壓實5～6次。壓實度滿足要求的情況下，含水量不宜過高，每層填土厚度范圍30～40 cm。

參考文獻

[1]潘瑞，王俊.公路改擴建路基差異沉降特性研究[J].城市道橋與防洪，2021（6）：227-230+25.

[2]李楠.淺談高速公路工程路基拓寬技術研究[J].甘肅科技，2021（13）：109-111.

[3]盧明鋒.軟基路段公路路基拓寬質量影響因素及處治措施研究[J].交通世界，2021（18）：126-127.

[4]彭偉，孫瑞.路基拓寬不均勻沉降及其對路面結構應力影響分析[J].工程技術研究，2021（8）：27-28.

[5]胡其志，黃希程，周紅，等.半幅填方路基差異沉降影響因素研究[J].湖南交通科技，2015（4）：1-6.