高填方土石混填路基變形特性分析

摘要：為確定高填方土石混填路基施工方案，文章通過在試驗段布置測點所監測的路基變形情況，分析路基變形結果后得出：工后路堤頂面沉降最終穩定在20.1 mm，路基邊坡水平位移最大值為18.6 mm，路基深部水平位移最大值為19.1 mm，在監測完成后均達到了穩定狀態，路基整體變形較小，說明工后路基穩定性良好，施工方案可行。

關鍵詞：高填方；土石混填路基；變形特性；沉降；水平位移

中圖分類號：U416.1+1A190592

0 引言

山嶺地區地勢起伏大，建設高速公路常采用高填方路堤形式。填方工程量大、施工質量不易控制，工后容易產生較大變形。為節約施工成本，路堤填料通常就地取材［1］，利用沿線隧道或挖方路基的棄方。為提升路基的穩定性，通常采用強夯法對路堤進行加固處理［2］。土石混合料是山區公路路基常用的填料，由于巖石巖性和產生原因的不同，這類填料級配不容易控制3］，進而造成壓實質量控制難度大。另外，山區公路原地面坡度大，容易造成路基邊坡滑塌［4］，這也是影響路基穩定性的重要因素。高填方土石混填路基填筑完成后，往往存在工后沉降持續時間長，工后沉降不易控制［4-5］，出現不均勻沉降、邊坡滑塌等質量問題，直接影響道路的運營安全。本文以高速公路建設項目為研究背景，根據現場地質調查結果制定路堤填筑施工方案，采用現場監測法對高填方土石混填路基的變形進行監測，分析確定路基變形規律和穩定性，進而確定施工方案的合理性。

1 工程概況

某山區高速公路設計車速80 km/h，路基設計寬度為25.5 m，沿線分布多座橋梁、隧道，多處高填深挖路基。隧道開挖和路塹開挖過程中產生大量廢方，為減少對環境的影響、節約施工成本利用廢方作為路堤填料。道路沿線地形地貌復雜，年均降雨量為800 mm以上，冬季寒冷，夏季炎熱。沿線無明顯地表徑流，地下水埋深也較深，地表水和地下水對路基施工影響基本可忽略。溝谷發育，大部分呈“V”形，地表自然坡度為30°～42°，山體上部植被發育，大部分為灌木。上體上部覆蓋層主要為殘坡積物，溝谷部分覆蓋沖洪積物。地表覆蓋層為土石混雜松散堆積體，穩定性極差，在外力作用下容易產生滑動破壞，對路基穩定性產生影響。施工區域出露地層主要為變質巖系，淺部地層主要為綠泥、變粒巖和石英片巖，巖層風化侵蝕嚴重，層厚為2.5～12.0 m。

本文選擇K91+200～K91+706.5段作為試驗段，該路段為高填方路基，路基最大填方高度為25.3 m。路基填料為附近高邊坡開挖產生的廢方，主要為土石混填材料。該路段穿越沖溝和斜坡，地基土上部為粉質黏土，下部為碎石土，下伏基巖為石英巖。該施工路段填方高度大，填方量大，為保證工程進度，結合開挖土石方填料工程特性，合理制定填方施工方案。路基填方所選用的土石方材料級配不容易控制，這會影響路基的壓實質量；原地表自然坡度較大，加之路基邊坡高度大，這些因素共同影響路基的穩定性。因此，在路基施工過程中，不僅要嚴格控制路基施工質量，還要在施工現場做好施工監測，嚴格控制路基變形。

2 路基現場變形監測方案

2.1 試驗段路堤填筑施工方案

路基單級邊坡高度設為8 m，兩級邊坡之間設置2 m寬的邊坡平臺，邊坡坡度為1∶1.5～1∶2。路堤施工前進行清表處理，清表后采用重型壓路機壓實地基，壓實度≥90%。施工前對地基承載力進行檢測，地基承載力≥200 kPa。局部地表橫坡較大路段，原地面開挖寬度≥2 m的內傾臺階，坡度≥2%。為保證路基壓實質量，路堤單層填筑厚度≤40 cm，利用重型振動壓路機進行壓實，壓實度檢驗合格后再進行下一層攤鋪。每填筑4 m進行一次強夯處理，強夯機夯擊能為1 000 kN·m，在施工現場布置4 m×4 m的灰格子，夯點位于格子中央，強夯后填平夯坑，利用振動壓路機壓實，檢驗合格后進行下一層施工，見圖1。

2.2 監測目的

監測的目的是研究高填方土石混填路基的變形特性，確定施工方案的可行性。在試驗路段選取有代表性的斷面布置測點，在施工現場對路基變形開展監測。通過分析路基變形規律，對施工方案進行修正，及時調整施工參數，保證路基的穩定性，防止路基滑塌產生安全事故。通過分析路基變形監測結果，確定高填方土石混填路基的變化規律，分析路基的穩定性，預測路基失穩或破壞的可能性，做好安全預警。此外，監測還有助于分析土石路基施工方案的合理性，積累施工經驗，為后續施工提供技術參考。

2.3 監測內容與方法

該項目試驗段高填方土石混填路基現場監測項目包括路堤頂面沉降、路基邊坡水平位移和路基深部變形。路基邊坡水平位移通過在路基邊坡上部埋設位移觀測樁，利用全站儀進行觀測。位移觀測樁采用20 mm鋼筋制作，外露高度為5 cm，埋設深度≥1 m，并利用水泥砂漿錨固鋼筋。施工期間利用一致控制點坐標和高程，利用極坐標法，對路基邊坡水平位移進行觀測。為保證路基邊坡水平位移監測結果的準確性，水平位移觀測樁≥3個。

路基深部位移監測是通過鉆孔在路堤內部布置測斜管，利用測斜儀對路基深部土體水平位移進行監測。通過測斜儀測量測斜管的偏離或傾斜量，分析確定路基深部變形。測斜儀自測斜管底部開始監測，每隔0.5 m取一組數據，通過計算確定深部土體的變形量。

路堤頂沉降量通過在路堤中線位置埋設沉降板，利用精密水準儀進行觀測。沉降板底部墊10 cm厚中粗砂，底板上部連接測桿，隨路基填筑高度的增加接長測桿，測桿外漏長度應＞50 cm。為了防止測桿與路基填料之間相互摩擦影響監測結果的準確性，在測桿外部增加保護套，保證測桿處于自由活動狀態。

2.4 路基現場監測方案

本文選擇試驗段K91+320和K91+580兩個監測斷面作為研究對象，分別布置測點開展監測，如圖2所示。其中K91+320斷面布置沉降板和測斜管，沉降板布置在路基中線位置，測斜孔布置在路肩位置和二級邊坡上部，測斜孔編號為ZK1和ZK2；K91+580斷面沉降板和測斜孔位置與K91+320斷面相同，分別在一級、二級和三級邊坡平臺分別布置一個水平位移觀測樁，編號分別為SP-01、SP-02、SP-03。

3 土石混填路基變形特性分析

3.1 路堤頂面沉降變化規律分析

為分析路堤頂面的變形規律，本文選取沉降量較大的K91+320斷面作為研究對象。路堤頂面沉降監測自填筑完成后開始，監測總時間為239 d。整理路堤頂面沉降監測結果繪制沉降變化曲線如圖3所示，計算確定沉降速率如圖4所示。

分析圖3和圖4得出，在監測前期路堤頂面沉降量較大，而后沉降速率逐漸下降，在監測90 d后逐漸達到穩定狀態。從監測開始至60 d，路堤頂面沉降速率相對較大，平均為0.28 mm/d，而后逐漸下降，在監測時間達到180 d后，路堤頂面沉降基本不再增加，達到穩定狀態。在30～60 d沉降速率有小幅提升，這是由于監測30 d以后進入雨季，降雨量增加造成的，但提升幅度較小，45 d以后停止提升，影響不大。在監測完成后，路堤頂面沉降量最終穩定在20.1 mm，總體沉降量較小，說明在壓實后路堤壓實質量較好，沒有出現較大的沉降變形，路基結構穩定。

3.2 路堤水平位移變化規律分析

水平位移可以反映路堤水平方向的變形情況，可為路堤滑塌預測提供參考。本文以水平位移變形量較大的K91+580斷面作為研究對象，監測時間同樣為239 d，整理SP-01、SP-02、SP-03三個水平位移觀測樁的監測數據繪制水平位移變化曲線如后頁圖5所示。

分析圖5可以得出，隨監測時間的增加路基水平位移增加幅度不斷下降，隨測點高度的減小水平位移量不斷提高，三個測點曲線變化趨勢相近，在監測45 d后明顯趨緩，在監測時間達到120 d后逐步趨穩。在監測前期各測點水平位移增幅明顯，在監測45 d后增幅逐漸下降，SP-01、SP-02、SP-03三個測點前45 d水平位移增加速率分別為0.10 mm/d、0.24 mm/d、0.34 mm/d。監測完成后三個測點水平位移最終監測值分別穩定在6.1 mm、13.1 mm、18.6 mm，最終水平位移值較小，且變形主要集中在前45 d，期間沒有突然增加的趨勢，說明路基水平方向變形也較小，路基結構穩定。

3.3 路基深部位移變化規律分析

為分析路基深部變形情況，在路基內部鉆孔布置測斜管，利用測斜儀觀測路基深部水平位移，分析路基內部的穩定性。觀測時間自路基填筑完成開始，持續時間為一年，取其中6次監測結果進行分析。本文取變形量較大的K91+320斷面ZK2測孔作為研究對象，整理ZK2測孔監測結果繪制路基深部水平位移變化曲線如圖6所示。

分析圖6曲線得出，隨深度增加路基深部水平位移不斷下降，在監測兩個月左右增幅明顯下降，并逐漸趨于穩定。監測前兩個月，路基深部水平位移監測值較大，而后逐漸下降。150 d與120 d監測結果相近，路基深部水平位移基本不再增加，變形量基本穩定。路基深部水平位移最大值為19.1 mm，與上述路基邊坡水平位移監測結果相近。因此，路基深部變形也較小，進一步說明工后路基結構穩定，施工方案可行。

4 結語

本文以高速公路高填方土石混填路基施工作為研究背景，通過現場監測分析路基變形規律，分析施工方案的合理性，得出以下結論。

（1）在路堤完工前期路堤頂面沉降增加幅度較大，前60 d平均沉降速率為0.28 mm/d，而后逐步下降并達到穩定，最大沉降量為20.1 mm，沉降量較小，說明路堤壓實質量合格，工后沒有產生較大的沉降變形，路基結構合理，施工方案可行。

（2）路基邊坡水平位移測點在前45 d增加幅度較大，SP-03測點水平位移最大值僅為18.6 mm，說明路基水平方向變形也較小，按照施工方案填筑后的路堤穩定性良好，施工方案設計合理。

（3）在監測兩個月后，路基深部水平位移增幅明顯下降，在監測120 d后逐步穩定，水平位移最大值為19.1 mm，說明工后路基深部變形也較小，路基結構穩定。

綜上所述，通過分析路堤頂面沉降、邊坡水平位移、深部水平位移得出路基工后總體變形量較小，路基結構穩定，施工方案可行。

參考文獻

［1］郝夢龍.基于連續壓實及動態變形模量檢測技術的土石混填路基壓實質量研究［J］.黑龍江交通科技，2023，46（8）：5-7.

［2］李 華，劉 聰.山區高填方土石混填路基施工技術研究［J］.交通建設與管理，2022（5）：174-175.

［3］田平華，梁 豐.山區公路高填方路基力學性能及變形規律研究［J］.工程技術研究，2017（4）：30-31.

［4］王 位.高填方土石混填路基夯實及檢測技術研究［J］.交通世界，2016（27）：48-49，83.

［5］馬立綱，楊義鵬.土石混填高填方路基施工期沉降監測結果及規律研究［J］.黑龍江交通科技，2016，39（5）：7-8.

收稿日期：2024-03-06

作者簡介：劉 ?。?983—），工程師，研究方向：土木工程。