舊有道路拓寬路基不均勻沉降分析與控制技術(shù)研究

班振東，李肖華，李建飛，王立勇，李正貴

摘 要：隨著城市舊有道路的改建和擴(kuò)建工程大量增加，改建或擴(kuò)建后的道路新舊路基結(jié)構(gòu)存在差異，若不對路基進(jìn)行相應(yīng)的處理，將會(huì)造成新舊路基的不均勻沉降，從而導(dǎo)致路面開裂等問題。以某城市舊有道路的拓寬工程為背景，著重分析新舊路基之間不均勻沉降的機(jī)理，監(jiān)測試驗(yàn)段路基沉降情況，并提出施工質(zhì)量控制措施，為后續(xù)類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：城市道路；拓寬改建；不均勻沉降；沉降監(jiān)測；沉降控制

中圖分類號：U416.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）10-0020-03

0 引言

新舊路基不均勻沉降將影響擴(kuò)建工程的工程質(zhì)量，對后續(xù)的道路運(yùn)營造成不利影響。為了從根本上解決路基沉降不均勻問題，需要對實(shí)際工程進(jìn)行具體分析，明確新舊路基不均勻沉降的機(jī)理，并且時(shí)刻注意施工過程中的路基沉降情況。基于此，研究和探索更有效的沉降控制技術(shù)，使其工程質(zhì)量得到保證，延長工程的生命周期[1]。

1 工程概況

某城市舊有道路建成于20世紀(jì)80年代，原設(shè)計(jì)為雙向四車道，線路全長24.7 km。由于該城市道路作為片區(qū)內(nèi)連接?xùn)|西走向的一條交通性主干路，以集散交通和過境通行為主，服務(wù)功能為輔，是該片區(qū)內(nèi)最重要的骨架路網(wǎng)之一。為了加強(qiáng)該道路對于該片區(qū)的交通疏散能力、加強(qiáng)主城區(qū)與外界的聯(lián)系、推進(jìn)該片區(qū)發(fā)展。擬對該城市舊有道路進(jìn)行拓寬改建，加寬后為雙向六車道，設(shè)計(jì)速度為60 km/h，加寬類型為雙側(cè)加寬，使用挖臺(tái)階分層回填施工的加寬方法。

1.1 工程地質(zhì)

擬建工程場地屬于構(gòu)造剝蝕淺丘地貌，線路跨越多條淺丘及沖溝，場地地形起伏變化較大，現(xiàn)地面標(biāo)高約326.00～388.00 m，相對高差最大為62.00 m。另在沿線已有道路、村莊、砂石場、民房及其附近地段發(fā)生挖填活動(dòng)，原始地形已有較大改變，其余地段基本多保持原始地形地貌。施工場地附近自然環(huán)境良好，無嚴(yán)重污染，水和空氣無大的污染源，擬建場地所處環(huán)境較好，有多條道路可到達(dá)場地。

1.2 氣象水文

施工場地氣候類型為準(zhǔn)亞熱帶濕潤氣候，氣候溫和，年平均氣溫為16.9℃，年平均降雨量為1 000～1 200 cm，全年75%以上的降雨量都集中在6～9月，12～4月雨量很少，年平均相對濕度為78%。

2 新舊路基不均勻沉降機(jī)理分析

城市舊有道路拓寬后，新舊路基的沉降將存在差異，尤其是在加寬結(jié)合部位。新拓寬的路基將產(chǎn)生較大的沉降，而舊路基沉降量相對較小。這是由于舊路基已經(jīng)投入運(yùn)營較長時(shí)間，自身固結(jié)沉降早已趨于穩(wěn)定。道路拓寬雖然對舊有路基上部的荷載造成了影響，使其上部的荷載發(fā)生了變化，但荷載變化造成的沉降很小[2]。新、舊路基自身存在的壓縮變形不同，在結(jié)合處的銜接狀態(tài)不佳，黏土填料有較長的固結(jié)時(shí)間。舊有路基在行車荷載和自重作用下的壓縮變形已經(jīng)穩(wěn)定，而新路基的壓縮變形還沒有穩(wěn)定下來，所以新路基會(huì)產(chǎn)生更大的豎向沉降，使路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻的沉降，從而導(dǎo)致開裂等問題[3]。因此，在舊有道路拓寬改建工程中，需要采取有效措施加固路基，以避免嚴(yán)重的不均勻沉降發(fā)生。

3 施工方案驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)路段選擇

為了保證城市舊有道路拓寬工程施工質(zhì)量，并有效控制不均勻沉降，需要在正式施工之前選擇一段路段進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證施工方案是否合理，確定施工方法及各項(xiàng)參數(shù)。

在公路的左幅和右幅各選取300 m作為試驗(yàn)路段。采用雙側(cè)加寬的方式對試驗(yàn)路段進(jìn)行素土填筑拓寬施工，路基填筑高度為8 m，并確定了松鋪系數(shù)、碾壓遍數(shù)和施工機(jī)械組合等參數(shù)。

3.2 路基素土填筑試驗(yàn)

素土填筑試驗(yàn)中，單層素土填料松鋪厚度范圍為（30±1） cm，控制含水率在最佳含水率±1%的范圍內(nèi)，并且在實(shí)際施工過程中嚴(yán)格控制填料的含水率。

對素土填筑路基進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，對壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

通過對試驗(yàn)路段的反復(fù)試驗(yàn)，確定（30±1） cm的厚度是單層素土填料最佳填筑厚度，最佳含水率為14.5%。在碾壓次數(shù)為2、3、4、5次時(shí)的平均密實(shí)度依次為88.34%、92.18%、94.4%、95.44%。碾壓次數(shù)從2次到3次、3次到4次、4次到5次的增幅依次為3.84%、2.22%、1.04%。

從上述分析可以看出，素土的壓實(shí)度隨著碾壓次數(shù)的增加而增大，但是增大幅度隨著碾壓次數(shù)的增加而減小，因此增加碾壓次數(shù)在一定范圍內(nèi)能夠有效地提高路基地壓實(shí)度。由于試驗(yàn)段路基填層壓實(shí)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求壓實(shí)度不小于95%，故對填土進(jìn)行5次碾壓即可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 新舊路基結(jié)合處沉降監(jiān)測分析

4.1 觀測點(diǎn)布置

本文在試驗(yàn)段內(nèi)選取兩個(gè)監(jiān)測斷面監(jiān)測路基沉降情況，這兩個(gè)斷面分別位于路基填筑斷面的兩側(cè)。在每個(gè)監(jiān)測斷面處，都需要布置沉降管與沉降板在舊路基、新路基、新舊路基結(jié)合處的監(jiān)測點(diǎn)上進(jìn)行監(jiān)測[4]。具體監(jiān)測點(diǎn)布置圖如圖1所示。

對舊路基進(jìn)行沉降監(jiān)測是為了分析施工和施工后舊路基荷載變化對舊路基本體造成的影響。觀測點(diǎn)布置在距新舊路基交接處20 cm的舊路基上[5]。新路基監(jiān)測點(diǎn)位于新路基的中心位置。新舊路基結(jié)合處的監(jiān)測點(diǎn)位于臺(tái)階上。

4.2 沉降監(jiān)測結(jié)果分析

4.2.1 舊有路基頂面沉降監(jiān)測結(jié)果

對選定的監(jiān)測路段進(jìn)行舊路基的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，整理了兩個(gè)斷面的監(jiān)測結(jié)果，繪制出曲線圖如圖2所示。由圖2可得，舊路基沉降量較小，最大沉降值為0.366 cm，平均值為0.337 cm。觀測的前60 d沉降增長速度較快，60 d之后則逐漸減慢，最后趨于平緩。監(jiān)測結(jié)果表明，路基拓寬后，對舊路基影響較小，整體路基質(zhì)量不會(huì)受到明顯影響。

4.2.2 新路基沉降監(jiān)測結(jié)果

對選擇的兩個(gè)橫斷面進(jìn)行新路基沉降監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)位布置在新路基中心處，記錄左、右兩側(cè)路基隨填筑高度和時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，繪制出曲線圖如圖3所示。由圖3可得，隨著填筑高度增大和時(shí)間的推移，新路基累計(jì)沉降量增大，最大沉降量為1.347 cm，沉降量平均值為1.077 cm，沉降量大，路基有產(chǎn)生縱向裂縫的可能。

4.2.3 新舊路基結(jié)合處沉降監(jiān)測結(jié)果

對選擇的兩個(gè)橫斷面的新、舊路基結(jié)合處進(jìn)行沉降監(jiān)測，記錄左、右兩側(cè)對應(yīng)位置的路基隨填筑高度和時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，繪制出曲線圖如圖4所示。由圖4可得，60 d之前，隨著填筑高度增大和時(shí)間的推移，新舊路基結(jié)合處累計(jì)沉降量增長速度較快，60 d以后的沉降量趨于平穩(wěn)。新舊路基結(jié)合處的最大沉降量為0.624 cm，沉降量平均值為0.553 cm，均處于規(guī)范允許范圍內(nèi)，不會(huì)對路基產(chǎn)生不良影響。

5 新舊路基不均勻沉降控制技術(shù)

在進(jìn)行路基拓寬技術(shù)選擇時(shí)，應(yīng)對需要拓寬的道路情況進(jìn)行前期調(diào)查，了解拓寬路段的地質(zhì)情況，分析道路性質(zhì)和實(shí)際施工條件，從而制定出可行的施工方案，確保路基產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。

常見的拓寬路基處理技術(shù)有換填法、拋石擠淤法以及排水固結(jié)法等。為解決新舊路基沉降不均勻的問題，填筑時(shí)可盡量選用與舊路基相同的填料。通過提高路基的壓實(shí)度，嚴(yán)格遵守現(xiàn)行公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范，確定合適的壓實(shí)參數(shù)，從而提高路基的銜接水平，以保證新舊路基的銜接效果。

在采用臺(tái)階開挖拼接技術(shù)時(shí)，需要根據(jù)工程要求，選擇合理的形式對臺(tái)階進(jìn)行開挖。例如：標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階就是在舊路基結(jié)構(gòu)削坡后，通過邊坡的實(shí)際情況來確定臺(tái)階的寬度和高度，其優(yōu)點(diǎn)是方便開挖，缺點(diǎn)是臺(tái)階的實(shí)際施工寬度和高度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

由于導(dǎo)致新舊路基產(chǎn)生不均勻沉降的因素較多，在選用沉降控制技術(shù)時(shí)，還應(yīng)結(jié)合多種技術(shù)對實(shí)際控制方案內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，減少出現(xiàn)不均勻沉降問題的概率。

6 結(jié)束語

通過驗(yàn)證試驗(yàn)路段路基填筑的施工方案，分析壓實(shí)度與碾壓次數(shù)之間的關(guān)系，確定施工時(shí)的機(jī)械組合與施工參數(shù)，為實(shí)際施工做好各項(xiàng)前期準(zhǔn)備工作。選擇兩個(gè)橫斷面進(jìn)行沉降監(jiān)測，分析舊路基以及新路基、新舊路基結(jié)合處的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)可得，路基沉降量隨時(shí)間的增加而增加，但增加速度隨時(shí)間的增加而減小。對比3個(gè)監(jiān)測位置的沉降量可得，新路基的沉降量最大，需要對新路基采取一定的不均勻沉降控制技術(shù)，如增加碾壓次數(shù)、使用土工合成材料、使用加筋土等工程方法，確保道路擴(kuò)建工程能夠成功實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

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