高速公路路基病害及設計優化分析

摘要 公路改擴建能有效提升區域交通通行水平，但新、舊路基處治不當，則容易出現差異性沉降，引發路面結構開裂，路用性能衰減，增大后續維修養護費用。該文依托某高速公路，針對試驗段K6+200～K7+500既有路基病害情況設計改擴建方案，采取CFG樁網式復合地基控制路基差異性沉降，以便為改擴建工程設計方案選擇提供一定參考。

關鍵詞 改擴建路基；差異性沉降；CFG樁網

中圖分類號 U418.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0085-03

0 引言

隨著高速公路交通流不斷增大，以往公路設計標準已經難以適應于交通現有壓力，公路改擴建項目實施就成為必然。新、舊路基之間的差異性沉降是改擴建工程中常見病害，尤其在高填方路基邊坡中，差異性沉降導致的路面開裂、路基滑塌等危害不可忽視，采取合理的沉降控制措施，避免出現過大的差異性沉降至關重要。

1 工程概況

某高速公路K6+200～K7+500段為高填方路堤，地形起伏較大，屬構造剝蝕低山地貌，工程地質條件復雜，路線既有路基寬度28 m，平均填筑高度7～10 m，為典型的高填方路基，雙向四車道設計，設計時速100 km/h，路基標準橫斷面：土路肩（2×0.5 m）+硬路肩（2×3.75 m）

+行車道（4×3.75 m）+路緣帶（2×0.75 m）+中央分隔帶（3 m），如圖1所示。隨著區域交通流量的增加，路段擬進行兩側擴寬，形成路基標準斷面寬度42 m的雙向八車道，以適應周圍工業園區、村落的交通發展需求，緩解交通擁堵情況。

1.1 地形地貌

該路段整體趨勢自北向南，高程分布在150～310 m

之間，相對高差達到160 m，沿線地貌為構造剝蝕低山地貌，斜坡自然坡度15°～25°，均為高填方路段[1]。

1.2 地質環境

路段范圍分布有填土層（Qme）、第四系沖洪積（Q4al+pl）粉土、石炭系。揭露地層由新至老如下：第四系全新統（Q4）。①素填土（Qme）：稍密，紅黃色，黏性土為主，已壓實，局部存在厚1.3～1.6 m的碎石層。②粉土（Q4al+pl）：灰黃色，飽和，稍密，黏性較差，內含粉粒，厚5.2 m。③殘積黏性土（Qel）：紅黃色，稍濕，稍硬，強度中等，夾雜石英砂，厚2.1～2.8 m。④坡積粉質黏土（Qdl）：厚4～12 m，多存在于路段山坡位置，包含砂礫質黏土、角礫等。路段附近低洼地段及溝壑處，則分布有沖洪積層，厚度分布在3～16 m之間，主要為砂礫、黏土、卵石等。⑤石炭系下統（C1）：多為深灰色中厚泥灰巖，局部夾雜有粉砂巖。⑥石炭系中統（C2）：主要為淺灰色厚層塊狀巖、白云巖，層理較為清晰，局部存在條帶。⑦石炭系上統（C3）：分布最為廣泛，下部存在深灰色中厚石灰巖，夾雜有不規則狀硅質巖，中部則為灰色厚狀灰巖，上部則為灰色中厚塊狀灰巖，內夾雜白云質灰巖，內含方解石晶體[2]。

1.3 地質構造

該路段處于尚卿-坂里褶斷帶，節理裂隙發育明顯，巖石相對破碎，鄰近河道位置則無法震斷裂、活動斷裂分布。

1.4 水文地質

路段地表水較不發育，地下水則主要為堆積物孔隙水、巖溶裂隙水、斷層帶裂隙水三大類。堆積物孔隙水：水位較淺，零星分布，含水層缺水力聯系，接受大氣降水及地表徑流供給；巖溶裂隙水：表現為相對含水層，分布于碳酸鹽巖地層，富水性良好，路段未存在出露巖溶水，地下水豐富，以管道狀為主；斷層帶裂隙水：存在于斷層破碎帶，巖層易破碎，賦水性良好，多表現為深層地下水，沿線未出露，地下水靜止水位經勘察分布于埋深2.2～11.5 m。

2 原有路基病害情況

該路段路基整體穩定性良好，局部存在較為明顯的沉陷變形，對行車安全影響較大，路基病害多出現在陡坡位置，且行車道存在路基沉降過大引發的路面結構開裂。針對路段病害范圍路基進行了注漿加固處理，現場鉆芯取樣可知，注漿芯樣漿體分布均勻，強度得到顯著提升，路段目前不存在病害。通過對路基填料性能檢測，填料壓實度分布在62%～99.5%之間，路床范圍的壓實度不滿足技術規范要求，填料主要為高液限黏土、膨脹土等細粒土，在車輛荷載及自重作用下，路基容易出現開裂、不均勻沉降等病害。

3 改擴建方案

3.1 斷面設計

路基改擴建后的寬度為42 m，雙向八車道，路基標準橫斷面：土路肩（2×0.75 m）+硬路肩（2×3 m）+行車道（8×3.75 m）+內側路緣帶（2×0.75 m）+中央分隔帶（3 m），如圖2所示。路基邊坡形勢需要依據填土高度進行判定：當路基邊坡高度小于8 m時，邊坡坡度設計為1∶1.5；邊坡高度8～24 m時，則需要在8 m處進行折線變坡處理，上、下邊坡坡度分別設計為1∶1.5、1∶1.75，變坡點需設置2 m寬度平臺。

3.2 路基處治措施

路段分布有高液限黏土、膨脹土，具備較高的塑性指數，直接作為填料使用，改擴建路基則會在外界環境影響下出現較大的差異性沉降，為此對于上述填料，可采取摻加砂礫、碎石土等粗粒土進行改良，此外為改善新、舊路基整體協調性，需進行路基加固處理。

3.2.1 CFG樁網式復合地基

考慮路段為高填方路基，為控制差異性沉降，采取CFG樁網進行路基加固，樁徑設計為0.5 m，樁長15 m，

樁間距2 m。CFG樁頂需設置40 cm厚度碎石墊層，墊層上鋪設土工格室，墊層結構能夠有效緩解路基底部應力集中情況，降低樁間土承載荷載比例[3]。

3.2.2 削坡與開挖臺階

舊路基需挖除表層30 cm左右浮土，之后自上而下開挖臺階，臺階開挖內傾角2%～4%之間，開挖高度需大于0.8 m，寬度大于1 m；新路基填筑則采取分層填筑、分層壓實方式，以便減少路基沉降，在壓實過程中，需要對含水率、壓實度等技術指標進行合格性檢測。

3.2.3 鋪設土工格柵

土工隔柵布置要求取決于不同填筑高度。當填筑高度小于8 m時，土工隔柵需分別布置在距路床頂部30 cm、

120 cm處；填筑高度大于8 m時，則還需要在變坡點位置處增加一層土工隔柵[4]，土工隔柵和開挖臺階之間的搭接寬度應大于1 m，CFG樁網加固布置如圖3所示。

4 現場試驗實施

4.1 試驗條件

該路段路基改擴建采取CFG樁網進行沉降控制，需進行試驗設計對加固效果進行評價分析，通過試驗段的路基沉降監測，可以及時對處治方案進行工藝優化，為后續路面結構施工提供必要數據支撐。依據路段填筑高度及地質情況，試驗段選取一般路基斷面K7+100（無樁）、K7+350（CFG樁）作為對比分析斷面，斷面路基填筑高度均為7.8 m，為高填方填筑路基，兩個斷面均具備類似的地質條件、施工進度、土工材料等，通過研究改擴建路基差異性沉降發展規律，合理評估CFG樁加固處治效果。

4.2 試驗設計

路段路基改擴建施工過程較為復雜，工作面狹窄，新、舊路基之間的土質固結狀態不同，差異性沉降監測措施需更為嚴格。試驗采取埋設剖面沉降管對斷面地基基地進行沉降監測，U形沉降管能夠對部分斷面進行沉降監測，其具體埋設方式如下：在CFG樁斷面，墊層布設之后，上覆50～60 cm填土壓實處理，反挖溝槽至墊層底部沿路基加寬范圍布置；無樁斷面則在上覆80～100 cm填料之后反挖至地表沿路基加寬范圍布置，沉降管需進行接頭銜接固定，并預穿2倍管長鋼絲測繩[5]，沉降監測布置如圖4所示。

4.3 改擴建路基沉降評價

4.3.1 無樁路基沉降變化

一般路基斷面K7+100為無樁加固斷面，填土高度達到了7.8 m，路基斷面布設了一層土工格室、二層土工隔柵，U形沉降管監測獲取沉降曲線如圖5所示。結果表明：沉降隨著距改擴建路基坡腳增大而先增大后緩和；距坡腳位置達11.5 m位置出現最大路基沉降，當填筑高度達到7.8 m時，最大沉降為49.5 mm，沉降主要受到加寬路基上覆附加荷載影響；隨著填筑高度的增大，路基整體沉降變化幅度明顯有所減緩。填筑結束后且路面結構未施工前的路基沉降有所收斂，路基總體差異沉降均小于通車三年內基于路面材料極限抗拉的沉降控制標準（6 cm）。

4.4.2 CFG樁加固下路基沉降變化

為有效評估CFG樁網加固下路基沉降控制效果，同樣對斷面K7+350進行沉降監測分析，加樁斷面路基沉降發展規律如圖6所示。結果表明：填筑高度7.8 m時的路基最大沉降位置出現在距改擴建路基坡腳12.5 m位置處，最大沉降則為37.8 mm。通過與無樁7.8 m填筑高度下的沉降曲線對比可知，兩者沉降曲線發展趨勢整體一致；加樁斷面沉降明顯小于無樁斷面，沉降減小幅度超過20%，CFG樁網加固效果明顯。

5 結論

高速公路路基改擴建能夠顯著提升交通通行量，改善區域交通環境，路基改擴建需要采取合理的路基加固措施，避免出現較大的差異性沉降，引發結構性災害。該文依托某高速試驗段進行CFG樁網改擴建方案設計，并且對其加固效果進行沉降分析，獲取以下可靠結論：填筑條件幾乎一致情況下，加樁最大差異沉降較無樁斷面減小幅度超過20%；加樁斷面最大沉降處距坡腳距離要大于無樁斷面。

參考文獻

[1]麻佳，謝紅飛，劉杰.不同工況下土工格室加筋路基模型試驗[J].福建交通科技， 2022（4）：6-9+22.

[2]邱紅勝，桂俊杰，詹斌，等.湖北某高速公路管樁加固軟土路基失效機理分析[J].重慶交通大學學報（自然科學版）， 2023（4）：55-61.

[3]吳鐘騰，萬華.考慮交通循環荷載的沿海地區道路軟土路基沉降研究[J].公路， 2019（6）：43-46.

[4]李麗華，康浩然，鄭志剛，等.移動荷載作用下既有高速鐵路路基拓寬計算分析[J].科學技術與工程， 2023（5）：2131-2139.

[5]劉光明.軟土地基市政道路加寬工程路基差異沉降特性及處治措施綜述[J].中外公路， 2018（2）：45-48.

收稿日期：2024-06-11

作者簡介：李龍躍（1992—），男，碩士，工程師，從事道路設計工作。