擴建高速公路拼寬段軟土路基加固處理技術研究

摘要 在軟土路基段擴建工程建設中，如果拼寬段的施工處理不當，會造成新老路基出現差異性沉降，直接威脅道路的行車安全。文章從分析軟土路基工程特性出發，研究了軟土路基路段常見的病害，然后以某地區雙向四車道高速公路為例，通過對路基的沉降計算分析，采用預應力管樁技術對路基進行了加固處理，最后利用沉降監測驗證了預應力管樁技術的有效性，為提高軟土路基拼寬段高速公路的建設水平和安全性提供了借鑒與參考。

關鍵詞 擴建高速公路；拼寬段；軟土路基；差異性沉降；加固處理

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0140-03

0 引言

為提升高速公路通行能力和服務水平，已開通運營多年的許多高速公路紛紛啟動擴建工程。但是，受用地、拆遷等因素影響，改擴建多采用舊路單側加寬、雙側加寬以及路基分離等形式的方案。與新建的高速公路項目相比，擴建高速公路項目首要考慮新老路基的不均勻沉降問題[1]。在擴建工程中，不僅橋涵這種構造物拼接要求較高，路基段的拼接施工方案也需重點關注。由于軟土具有較大的天然孔隙比、高含水量等特點，在擴建工程實施后，新老路基由于壓實度、固結沉降等差異，拼寬段出現裂縫的概率會大大增加，因此在擴建項目中應以提高路基的整體穩定性為目的。該文依托某高速公路改擴建項目，對軟土的工程特性和導致的病害進行分析，并根據沉降監測對所采用的加固處理技術進行驗證。

1 軟土路基工程特性及病害

1.1 工程特性

（1）觸變性和流變性

當軟土受到應力作用而發生形變，在應力消失后，形變會繼續保持的現象稱之為觸變。流變則是指軟土在外力作用下，出現流體的狀態現象。在軟土路基段擴建工程建設中，如果拼寬段的施工處理不當，會造成新老路基出現差異性沉降，從而使得工程質量達不到預期要求，無法確保道路行車的安全性[2]。因此，對于軟土的工程特性，應綜合不同因素，針對性地制定科學合理的施工方案，以提高工程的建設質量。

（2）壓縮性

由于軟土中水蒸氣較多，受到外力作用時會出現壓縮現象。一旦外力超過土體的承載能力，還會導致坍塌等病害問題。在擴建項目的實施過程中，應針對這一特性采用有效的加固處理技術，才能提高道路后期運行的安全性。

（3）含水量較高

軟土通常由細粒土組成，具有高含水量及大孔隙率的工程特性。負電荷存在于細粒土表面，由于空氣中水分子的吸附，土體中水蒸氣含量較大。當軟土的含水量越來越大，會導致土體的黏結性越來越差，不僅會增加施工的難度，同時也會降低路基的整體穩定性。

1.2 常見病害

（1）路基失穩

當高速公路選線經過軟土區域時，在進行施工建設過程中，應對軟土的工程特性加以重點考慮，并采取相應的工程措施。這是因為在后期運營階段，當車輛行駛在拼寬段時，由于車輛荷載的作用，一旦路基強度不足，軟土層頂面與結合面會出現滑動面[3]，而流塑狀態是軟土的常見狀態，一旦出現滑動現象，坡腳會由于路基兩側的移動變形進而產生失穩。

（2）不均勻沉降

在進行高速公路改擴建工程時，若對軟土地基采用不合理的處理技術，極易出現不均勻沉降的現象。原有路基由于通車運行多年已到達固結狀態，而擴建工程的實施增加了地基附加應力，改變了原有應力，從而導致沉降的出現。出現沉降主要有兩個原因：一是自身壓縮變形，若拼寬段的路基在施工過程中碾壓質量不合格，密實度不夠或者路基存在軟土時，由于老路基已基本穩定，壓縮變形較小，但拼寬段在后期的變形量較大，導致出現不均勻沉降的概率會大大增加[4]；二是固結沉降，拼寬段路基的附加應力使得地基產生超孔隙水壓力，從而導致路基沉降[5]。

2 工程實例

2.1 工程概況

該文以某地區雙向四車道高速公路為例。該高速公路路基寬度為26.0 m，設計速度為100 km/h，路段全長61.275 km。由于該地區經濟近年來快速發展，區域內路網也日趨完善，同時隨著交通量的持續增長，原有高速公路經常出現擁堵現象，服務水平已降至四級，在區域路網中已很難發揮應有功能，無法適應沿線經濟持續發展的需求。因此，該高速公路于2022年完成了擴建。全線采用兩側拼寬的方法進行全路段拓寬，拓寬后的路基寬度為42.0 m，設計速度為120 km/h，路基標準橫斷面圖如圖1所示。經過實際勘察，高速公路沿線區域存在軟土層，地質層主要為淤泥、黏土等，厚度為5.8～11.8 m，淤泥質層的液限為61%，黏土層的液限為25.5%，軟土的土力學參數指標如表1所示。

2.2 路基沉降的計算

為了確保路基沉降計算準確，應對地基附加應力進行重點分析，研究其變化規律。若h為地基計算深度，Es為平均變形模量，那么路基總沉降S的計算公式如式（1）所示，可用梯形分布作為老路基的荷載分布，并將其劃分為矩形和三角形，然后根據各部分荷載求和后，進行應力疊加。圖2為路基附加應力計算圖。

S=∫h 0 1 Eσz（Z）dh=∑n i=1σzi EsiΔhi （1）

式（1）中：σzi——平均附加應力（kPa）;Δhi——計算厚度（m）；σz——附加應力（kPa）。

2.3 處理措施

綜合考慮項目實際建設條件、項目投資、工期等因素，該項目最終采用預應力管樁技術進行地基處理。預應力管樁應用示意圖如圖3所示。

在進行施工前，為確保場地的承載力能夠滿足施工要求，應先清理施工場地的雜物，平整場地，然后進行試壓，以避免施工機械在施工過程中發生沉陷現象。如果場地承載能力不足，可通過軟土的換填處理或在地基上鋪設鋼板。施工機械的儀表等設備應進行仔細檢查，而后再進行樁機的調整。在吊樁的過程中應保持平整，防止管樁受到振動和外力沖擊。懸起管樁后，應將樁帽安放在管樁一側，然后對管樁位置進行糾偏，進而利用壓樁機將其壓入土體中。在進行壓樁施工時，應實時檢測預應力管樁的垂直度，一旦發現偏差大于0.5%，需立即進行調整。壓樁階段的時間和機械設備儀器的數據應同時進行準確記錄。在壓樁過程中，壓樁的速率不宜過快或過慢，宜保持在1 min內貫入0.5～1.0 m的速度。一旦出現預應力管樁傾斜的現象，應嚴禁將樁強硬拔出進行角度的調整。在預應力管樁的接樁施工中，應將螺栓孔和導向箍對齊將要連接的樁頭。兩根管樁應保持順直，當管樁中心軸線偏差超過2 mm時，應進行重新調整。在接樁工作結束且焊接也達到要求時，應及時進行壓樁施工，防止由于耽擱時間過久而出現壓樁困難。當遇到砂性土層時，可適當提高預應力管樁的灌入速度。為了避免預應力管樁出現損壞現象，當樁底到達持力層時，應減小壓樁速度。為了確保預應力管樁施工完成后可以達到預期效果，在管樁施工完成后還需進行樁帽的安裝操作。通常樁帽為1 m×1 m×0.35 m的鋼筋混凝土方塊，連接在預應力管樁上方，其主要作用是將路基上方荷載傳至預應力管樁。

2.4 沉降觀測

該高速公路通車運行1年內，選取樁號K23+180和K46+260的斷面進行連續10個月的沉降監測。沉降監測結果如表2和圖4所示：

根據表2和圖4可以發現，該項目軟土路基拼寬段經過預應力管樁加固處理技術后效果很好。K23+180處累計沉降量為19.1 mm，最大平均沉降量為6.1 mm/月；K46+260處累計沉降量為17.6 mm，最大平均沉降量為4.6 mm/月，均滿足設計允許沉降標準值和平均沉降量的要求。其中，連續5個月的路基沉降速率均小于2 mm，說明路基沉降已穩定，同時反映了針對軟土路基的加固處理技術實現了預期目標。

3 結束語

由于軟土具有較大的天然孔隙比、高含水量等特點，在擴建工程實施后，新老路基因壓實度、固結沉降等存在差異，大大增加了拼寬段出現裂縫的概率。在軟土路基段擴建工程建設中，若拼寬段的施工處理不當，會造成新老路基出現差異性沉降，直接威脅道路的行車安全。該文從分析軟土路基工程特性出發，研究了軟土路基路段常見的病害，同時針對具體工程實例，提出了相應的處理措施，并根據沉降監測對所采用的加固處理技術進行了驗證。

參考文獻

[1]趙春輝.軟土地區公路路基設計及地基處理技術研究[J].黑龍江交通科技，2023（5）：43-45.

[2]孫華琛.基于DEM-FEM的濱海軟土地基沉降分析與加筋路基動力響應研究[D].濟南：山東大學，2022.

[3]張沖，劉鋼，趙明志，等.成宜高速某淺層軟土上路堤填筑的穩定性分析[J].中外公路，2021（2）：19-25.

[4]劉崢，曾祥澤.山嶺重丘區高速公路改擴建路基拼寬段不均勻沉降防治分析[J].西部交通科技，2023（8）：15-16.

[5]陳東鑫.中山環線高速公路軟土路基沉降變形監測與預測方法比較研究[D].長沙：長沙理工大學，2022.

收稿日期：2024-06-15

作者簡介：張骉（1991—），男，本科，工程師，從事路基路面設計工作。