高速公路改扩建填方路基差异沉降因素及控制技术研究 (1).pdf

总654期2023年第24期（8月 下）0 引言为满足交通量增长的需要，对既有高速公路改扩建已成为我国高速公路发展的主要趋势。高速公路改扩建工程中，在原有路基基础上进行改扩建，不仅可以缩短高速公路项目建设周期，而且充分利用了土地资源。然而，由于新旧路基稳定的时间不同，新建和既有路基之间在施工完成后的一定时期内会出现差异沉降现象，当差异沉降过大时，可能引起路面产生各种病害，影响道路的外观及正常使用。因此，有必要对高速公路改扩建路基沉降及差异沉降控制技术开展研究。我国高速公路改扩建项目的相关研究始于20世纪90年代，国内外学者和工程技术人员针对高速公路改扩建项目开展了大量的研究和工程实践，特别是在近年来得到了迅速发展。例如安新高速、西潼高速、云南省文山都龙改扩建工程、高青至广饶高速公路、长余高速公路改扩建工程等1-2。在改扩建项目的路基沉降研究方面，王才进3基于现场孔压静力触探技术，对比分析了三种高速公路改扩建路基沉降的预测模型，提出SENNESET模型对路基沉降预测具有较高的精度；杨斌4对比了高速公路路基一侧和两侧拓宽方式的差异沉降，得出一侧拓宽有利于差异沉降控制，并总结了拓宽施工优化措施；蒋玮5对改扩建加宽段沉降进行了现场监测，通过累积沉降随时间变化曲线分析得出了路基的稳定条件；张凯乐6分析了路基加宽段沉降变化特性，制定了路基加宽段沉降控制标准，并提出了采用土工格栅加筋的方法对改扩建路基加宽段差异沉降进行控制。虽然高速公路改扩建项目路基沉降控制技术得到了迅速发展，但其设计和施工没有统一的规范和标准。新旧路基的差异沉降研究还都停留在实践工程经验上，现有研究主要针对某一实际工程提出相应的措施，然而工程地质和既有路基的条件不同，差异沉降控制方法的适用性需要进一步验证。在公路养护技术规范（JTG H102009）和 高速公路改扩建设计细则（JTG/T L112014）中，对新、旧路基连接处的设计施工提出具体要求，而对如何确定新、旧路基差异沉降对路堤、路面造成的影响及如何对新旧路基的差异性沉降进行合理的调控并没有提出相应的方法。因此，本文从改扩建项目路基沉降控制标准和影响因素出发，提出对应的差异性沉降监测和控制方法，以期为同类工程提供参考。1 高速公路改扩建路基沉降控制标准及因素分析1.1 工程概况项目主线主要采用两侧整体式加宽扩建方案，原有公路设计速度为80 km/h，路基宽21.5 m，将原有公路改扩建成为设计时速 100 km/h、双向 8 车道、汽车荷载等级为公路级的高速公路。扩建后设计速度为100 km/h，路基宽41.0 m，每侧加宽路基9.75 m。断面尺寸如图1所示。该高速公路项目的线路所处地表起伏大，处于构造侵蚀剥蚀低山丘陵地貌。为满足高速公路线路要求，在原有路基的单侧采用高填方路基拼宽，另一侧对边坡进行削坡加宽处理。1.2 路基沉降控制标准现有研究对路基沉降控制标准提出了不同的限值，但主要是针对一些特殊地质条件，如软土、黏土路基收稿日期：2022-11-18作者简介：洪亮（1986），男，高级工程师，研究方向为工程质量监督及施工工艺研究。高速公路改扩建填方路基差异沉降因素及控制技术研究洪亮（新疆维吾尔自治区交通运输综合行政执法局工程质量监督执法支队，新疆 乌鲁木齐 830099）摘要：为有效控制高速公路改扩建项目的路基沉降，依托某高速公路填方路基拼宽段，分析了高速公路改扩建新建路基沉降控制标准及差异性沉降影响因素，提出了差异性沉降控制措施，并通过现场检测方法对沉降控制方法进行验证。研究结果表明：改扩建项目的新旧路基差异性沉降受既有路基沉降、新旧路基结合部位力学性能和新建路基沉降三方面因素的共同影响，采用土工材料增强和局部夯实的方法可提高新旧路基结合部位力学性能和路基的沉降变化。关键词：改扩建；路基沉降；差异沉降；土工格栅；沉降监测中图分类号：U416文献标识码：B44交通世界TRANSPOWORLD等。由于本文研究路段不考虑软弱土层因素的影响，因此路基沉降控制标准主要参照高速公路改扩建设计细则（JTG/T L112014）中关于改扩建工程路基拼宽差异沉降控制限值。规范提出，新建路基应满足拼宽路基的路拱横坡度增大值不大于0.5%、相邻路段差异沉降引起的纵坡变化不大于0.4%的要求。拼宽部分路基工后沉降应满足桥头处不大于5 cm、通道及涵洞处不大于 10 cm、其他一般路段不大于 15 cm 的要求。本项目为一般路段，沉降限值取15 cm。1.3 沉降影响因素分析在改扩建项目中，既有路基已基本稳定，但新建路基在施工完成后仍会在一定时期内发生沉降，不可避免会和既有路基发生不均匀沉降。现有研究主要针对新建路基的沉降，然而新、旧路基填料组成和结构不同、水文地质条件也不一致，新建路基沉降过程应是新旧路基的相互影响过程，因此本文将从既有路基、新建路基和新旧路基结合部位等方面对沉降影响因素进行分析，为后续的沉降控制提供参考。1）既有路基因素由于既有高速公路已建成多年，在运营期间受到车载和环境的影响，自身沉降已基本完成。然而，既有路基的沉降变化仍不可忽略，改扩建项目对施工区域岩土体存在扰动，在开挖卸载和填方堆积作用下需考虑既有路基变形。此外，既有路基沉降也会受到周边环境的影响，例如降雨、温度等。不同路基材料受环境影响后的变化规律也不同，因此需提前探测既有路基填料组成和结构，施工过程中也需要观测既有路基的沉降变化。2）新旧路基结合部位因素新旧路基结合部位是改扩建项目的特点和难点，也是拼宽路基的薄弱部位。新旧路基结合部位的合理处治是保障新旧路基形成整体的关键，可增大新旧路基之间的界面摩阻力，使新旧路基形成一个整体的受力体系，避免新旧路基的单方面侧向滑移和错动。因此，施工中需要对新建路基结合部位进行合理的处治，设计有效的拼接方法和拼接参数。3）新建路基因素改扩建项目的差异性沉降主要原因之一是新建路基沉降值控制不当，新路基在施工中未采取合理的措施，如新路基压实度不足、填料质量不达标等因素，导致新路基在施工完成后，沉降速度过快或沉降值过大，使新旧路基间沉降差异性大。因此，需要采取有效的措施控制新路基压实度，同时合理控制新路基的填料质量和施工步序。2 高速公路改扩建路基沉降监测及控制措施2.1 差异性沉降控制措施为解决新旧路基之间差异性沉降问题，保证新旧路基之间的良好连接，考虑上节提到的主要影响因素和沉降控制标准，针对依托工程中填方路基且不存在软弱土层的情况，主要采取以下措施控制新旧路基差异性沉降。1）既有路基削坡和台阶开挖既有路基边坡稳定性较好，但是当既有路基边坡采用植被护坡时，会存在边坡坡面不平整且灌木根系发育的情况。在此情况下若采用一次削坡的方法，会存在较大的施工困难。本项目设计新路基边坡的坡率为11.5，考虑边坡的不平整性，既有边坡的坡率可适当调小，并分为三级进行削坡。首先根据实际情况设定清坡厚度（本项目推荐采用30 cm），对既有路基进行清坡；然后分三级进行削坡，第一级可采用较大的削坡坡率，可取11左右；第二、三级逐步调小，分别取11.5和11.75。在进行削坡的同时对台阶进行开挖，每级的第一级台阶宽为1.5 m，也可根据实际情况进行调整，但不高于2 m。后续台阶的宽度可比第一级小，一般采用11.2 m。台阶开挖后，在既有路基边坡部位设立监测点，分析开挖卸荷作用对既有边坡的影响。2）分层填筑既有路基边坡的台阶开挖完成后，清除填筑路基单位：cm图1 路基断面45总654期2023年第24期（8月 下）原地面表土，然后进行路基回填压实。路基回填材料应与既有路基材料基本一致。为保证压实度，采用分层填筑和分层压实的方法。即在一层填筑完成后采用重型压路机对填筑面进行补强，填筑过程中，每填筑一定高度（本项目推荐为1 m）进行重型压路机补强。在每层填筑期间，除了采用正常压实外还需采用羊足碾对局部区域进行碾压补强处理。3）土工材料铺设增强为增强新旧路基间土体的结合程度和力学性能，提高新旧路基结构的整体性。本文采用土工格栅和土工格室结合的方法作为加筋结构，限制新旧路基间土体的变形，提高拼接路基的抗剪强度和整体性。具体是在新建路基上、下路床底部各设置 1层双向土工格栅，同时在路基中设置若干层高强土工格室，根据每层填筑高度，土工格室间距设为1 m。土工格栅采用聚丙烯材质的菱形格栅，土工格室为整体式插焊型，技术指标见表1。表1 土工材料参数类型土工格栅土工格室指标质控交联模量/（kN/m）伸长率（%）幅宽/m断裂拉力/（N/cm）焊缝剥离强度/N屈服伸长率（%）限值200156180030015为加强新旧路基拼接处的强度，在旧路基每级台阶顶面的结合处，除了用重型压路机进行压实外，还采用多功能液压夯实机进行夯实补强处理，夯实宽度约为35 m。通过以上施工措施的综合应用控制新建路基施工质量，合理处治既有路基拼接部位，加强新旧路基结合部位性能，从而实现新旧路基的差异性沉降控制。2.2 路基沉降监测技术为验证施工方案的合理性，在施工同时对既有路基和新建路基施工过程的沉降进行监测。监测分为既有路基受开挖卸载后的边坡顶面和新建路基顶面，采用几何水准测量法和测斜仪获取水平、垂直位移变化规律。结果如图2所示。在本路段的新旧路基沉降共观测106 d，新建路基的最终日变化率为 0.1 mm/d，每日沉降值变化基本稳定后结束监测。在图2中，实测新建路基最大累积沉降值为62.3 mm，最大日沉降值为1.7 mm，累积沉降低于规范中15 cm的限值。既有路基受到开挖卸载扰动较大的坡顶沉降和水平位移监测值较小，累积沉降的监测值仅为3 mm，几乎可视为测量误差，因此，既有路基可视为已经稳定。综上可知，采用本文提出的方法，该拼宽路基段的差异性沉降可得到有效控制。3 结论本文针对改扩建项目路基沉降及差异性沉降问题，开展了新旧路基差异性沉降因素分析、控制方法及沉降监测的研究，得到以下结论：1）高速公路改扩建项目新旧路基的差异性沉降受到既有路基、新旧路基结合部位、新建路基多方面因素的影响，应针对各影响因素对新旧路基的沉降控制分别采取控制措施。2）填方路基拼宽施工过程中，应对既有路基边坡进行分级开挖，新建路基分层填筑和夯实处理，并且采用土工材料增强新旧路基结合部位。最后参考规范限值对既有路基、新旧路基垂直、水平位移进行监测和评判，将路基沉降值控制在规范限值以内。3）本文提出的改扩建项目路基差异性沉降控制措施及相关参数，可为高速公路改扩建项目路基施工提供参考。参考文献：1 陆许峰.长余高速公路拓宽路基差异沉降机理与控制标准研究D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.2 吕高航.高速公路改扩建新旧路基差异沉降规律及加固技术研究D.济南：山东大学，2018.3 王才进，史庆锋，刘松玉，等.基于CPTU测试的高速公路改扩建路基沉降预测方法研究J.地基处理，2022，4（4）：271-278.4 杨斌.公路改扩建半幅填方路基差异沉降特性研究J.交通世界，2022（20）：97-100.5 蒋玮.高速公路改扩建路基加宽段沉降监测分析J.西部交通科技，2020（7）：53-55.6 张凯乐.高速公路改扩建中路基加宽段差异沉降控制技术的应用J.交通世界，2022（25）：58-60.图2 累积沉降量与时间的关系曲线46