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(duì)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(hào)：U416.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)素土填筑路基進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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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