高速公路改扩建工程勘察特点与技术手段分析.pdf

第 1 期张伟刚,等.高速公路改扩建工程勘察特点与技术手段分析高速公路改扩建工程勘察特点与技术手段分析张伟刚,马 飞(苏交科集团股份有限公司,南京 210019)采用日期:2023 12 18第一作者:张伟刚(1985),男,硕士,高级工程师,主要从事岩土工程的勘察设计与咨询工作。摘 要:基于沪武高速公路太仓至常州段扩建工程,总结并分析江苏省平原软土区高速公路改扩建工程勘察的特点和常用的技术手段,提出适用于平原软土区高速公路改扩建工程勘察的工作方法。关键词:平原软土区;高速公路;改扩建;勘察中图分类号:U412.2 文献标识码:A 文章编号:1672 9889(2024)01 0009 04Analysis of Exploration Characteristics and Technical Methods for Expressway Renovation and Expansion ProjectsZHANG Weigang,MA Fei(JSTI Group Co.,Ltd.,Nanjing 210019,China)Abstract:Based on the expansion project of the Taicang-Changzhou section of the Shanghai-Wuhan Expressway,the re-search summarizes and analyzes the characteristics and commonly used technical methods of the exploration for the expressway renovation project in the plain soft soil areas of Jiangsu Province,and proposes a work method suitable for the exploration of expressway renovation and expansion projects in plain soft soil areas.Key words:plain soft soil area;expressway;renovation and expansion;exploration 由于交通量不断增大,我国部分早期建成的高速公路的道路病害逐渐增加,这些高速公路已不能满足当前交通发展的需求,须对其进行改扩建1 2。在高速公路改扩建时会面临新旧路基的贯通问题以及新旧涵洞等构筑物的拼接、组合问题。江苏省内的高速公路大多建于软土地基上,在该类地基上进行新旧路基和构造物的组合必然要考虑差异沉降、新旧路基衔接及新旧构造物的相互影响,对改扩建项目的勘察工作要求较高。高速公路改扩建项目与新建项目的勘察工作均是利用各种勘察手段查明建设场地内的工程地质条件,为设计文件的编制提供工程地质资料,但二者的特点及技术手段有明显不同。本文以沪武高速公路太仓至常州段扩建工程为例,总结并分析江苏省平原软土区高速公路改扩建工程勘察的特点和常用的技术手段,可为同类项目提供参考。1 勘察要点江苏省的沿海、沿江、沿湖、里下河地区以及废黄河地区广泛分布着软土层,软土具有压缩性高、强度低、透水性差、灵敏度高等特点。大量工程实践表明,软基路段改扩建时的病害主要表现为拓宽路基稳定性不足以及新旧路基变形不协调引起的损坏3。这些病害与道路下部软基的处理质量关联密切,改扩建时加宽路段的地基处理方法需要根据场地的工程地质条件,并结合路基填筑高度、施工速率等因素综合确定,高速公路改扩建工程常用的软基处理方法如表 1 所示。由表 1 可知,软基处理方法的选择与场地内软土层的埋深、厚度以及硬壳层的厚度等因素紧密相关,因此可选用有效手段获取详细的软土层分布和工程性能、准确的工程参数指标、合理的工程评价等,相关内容成为软土区改扩建工程勘察的重点内容。第 21 卷 第 1 期2024 年 2 月现 代 交 通 技 术Modern Transportation Technology Vol.21 No.1Feb.2024现 代 交 通 技 术2024 年表 1 高速公路改扩建工程常用的软基处理方法软基路段工程地质特点可能采取的处理方法沟塘等小范围浅表存在淤泥清淤 换 填、地 表 夯 实 并 压实等浅部硬壳层较厚预压法软土较薄、路基填土较高大面积压实换填、水泥搅拌桩复合地基浅部硬壳层较薄、软土层较厚排水板(砂井)+预压、水泥搅拌桩复合地基软土深厚、路基填土较高预制 管 桩 复 合 地 基、轻 质路堤 在高速公路改扩建工程勘察前,应先收集原有道路地基及路基在勘察设计、竣工养护等方面的基础资料,查清原有地基及路基的处理措施,调查现状路基的稳定状态。应结合已有资料,采用多种手段对沿线场地进行工程地质调查和水文地质调查,最后根据已有资料和调查结果增加适量勘探及测试工作。高速公路改扩建工程勘察的工作方法如图 1 所示。改扩建项目的勘察工作应重视现场调查与资料收集,且现场调查与资料收集宜同步进行。在现场调查与资料收集工作完成后,通过分析既有资料,再有针对性地调整改扩建阶段的勘察工作,最后对新旧勘察资料进行对比分析,形成评价分析内容并完成勘察成果报告。图 1 高速公路改扩建工程勘察的工作方法2 勘察技术手段2.1 现状道路调查分析2.1.1 路基填土材料性质调查改扩建项目若选择与旧路基填土材料性质相近的材料作为拓宽段的路基填料,可有效提高路基拼接质量,减小不均匀沉降。路基填土材料性质调查包括对旧路基填土材料的种类、颗粒组成、含水率、压实度等参数进行收集调查。在沿线筑路材料勘察评价时,可结合室内试验成果和旧路基的检测结果,给出合理的评价建议。2.1.2 路基防护与支挡形式调查路基防护与支挡形式通常与工程区的气候、水文、地形、地质条件及筑路材料密切相关。通过了解旧路基的防护与支挡形式、调查现状路基的边坡稳定性,并结合旧路的勘察数据,可以综合评估防护与支挡形式的安全性与合理性,为改扩建工程的路基防护处理提供合理的评价建议。2.2 既有资料收集、利用2.2.1 地形影像资料江苏省平原软土区河网纵横、沟渠密布,受到人类活动和工程建设的影响,部分沟渠已被人工填埋,形成暗塘、暗浜,并产生对工程建设不利的埋藏物或不良地质情况。传统的钻探工艺一般无法查清暗塘、暗浜的准确位置及分布范围,通过收集早期的地形影像资料,并与当前的地形影像成果比对核查,可初步掌握场地范围内地形、地貌的变化程度4。结合地形影像资料的比对核查结果,辅以少量的现场调查、钻探、挖探、测试等工作加以验证,可高效、准确地查明场地内暗塘、暗浜的分布情况。2.2.2 勘察资料在布置改扩建工程的勘察工作前,应仔细研究前期勘察资料,了解工程沿线的地貌单元分区、区域地质构造,以及场地内特殊性岩土的类型、发育程度、分布范围等,并针对各区域地质特点,结合已有勘探点,选择在代表性区域布置改扩建工程的勘察工作4。2.2.3 运营期沉降观测资料通过收集旧路施工、运营期间的沉降观测资料,研究既有软土地基的沉降变形规律,对地基计算参数进行反分析,可以获得地基土实际的变形计算参数。在改扩建勘察时通过综合反演获得的计算参数、室内试验参数和原位测试确定的参数,可提供更加合理、准确的参数推荐值。2.3 勘察工作布置2.3.1 勘探点布设改扩建工程勘察的勘探点在已有勘察资料的基础上进行布设,原则上应充分利用旧路勘探点资料,拓宽路基部分的勘探点宜布设在旧路基的坡脚处。为验证旧路勘察资料的可靠性,可在部分旧路勘探孔附近间隔布设适量对比勘探点。同时,考虑软土性质的特殊性,在改扩建勘察时应更加注重原位测试工作,采用静力触探的方式精确划分地层,01第 1 期张伟刚,等.高速公路改扩建工程勘察特点与技术手段分析并采用十字板剪切试验测定内摩擦角近似为 0时的软土强度。2.3.2 室内试验相关要求软土土工试验指标选择如表 2 所示,在文献5与文献6中建议改扩建段拼接处或其他高路堤段,宜取样进行高压固结试验,试验加载等级可选取 12.5 kPa、25 kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa。同时,若软土层较厚,可在软土层上、中、下的不同区域分别取代表性的土样进行试验。表 2 软土土工试验指标选择试验指标路基桥涵天然含水率、密度、孔隙比液塑限固结系数()前期固结压力()直接快剪固结快剪三轴剪切()有机质含量()注:“”表示应测项目,“()”表示可选项目。2.4 新旧勘察成果对比分析2.4.1 规范更新对比分析早期高速公路勘察依据的规范主要有公路桥位勘测设计规范(JTJ 06291)、公路隧道勘测规程(JTJ 06385)、公路工程抗震设计规范(JTJ 00489),后来在总结行业技术进展和工程实践经验的基础上对相关规范进行了修订,现行的指导规范为公路工程地质勘察规范(JTG C202011)、公路工程抗震规范(JTG B022013)。不同版本的规范和标准差别明显,如现行的公路工程地质勘察规范(JTG C202011)针对岩土分类、环境介质对混凝土腐蚀的评价标准、岩质边坡岩体结构类型的划分标准、公路隧道围岩分级标准及依据、圆锥动力触探修正、特殊性岩土等方面进行了补充和修订7。改扩建工程的勘察工作在利用既有资料时,面临着依据的规范标准不一致、部分旧路勘察资料深度不足且无法满足现行规范要求等问题,这要求在勘察时结合新版规范,复核既有资料的可参考性。2.4.2 物理力学指标对比分析由于路基填土本身的压缩变形量相对较小,改扩建项目新旧道路间的差异沉降主要来自地基的不均匀沉降。在多年的路基荷载和交通荷载作用下,原有道路地基的固结已基本完成,沉降变形趋于稳定,原有地基土的工程性质较勘察期间也发生了一定变化。沪武高速公路太仓至常州段于 2001 年开工建设,2004 年全线建成通车,其中苏沪界至董浜枢纽段为双向六车道,路基标准横断面宽 35.0 m;董浜枢纽至常州南互通段为双向四车道,路基标准横断面宽 28.0 m。本次扩建采用“两侧整体拼宽为主、部分受限制路段单侧拓宽”的扩建方案,太仓北枢纽至董浜枢纽段扩建为十车道,其他路段扩建为八车道。沪武高速公路太仓至常州段拓宽断面示意如图 2 所示。图 2 沪武高速公路太仓至常州段拓宽断面示意(单位:cm)为了解新旧地基的工程性质差异,本次选取具有代表性的 K11+430 与 K18+620 软基断面进行新旧资料的对比分析。分析断面柱状图如图 3 所示。由图 3 可知,新旧资料地层分布相差不大,场地表层均存在 34 m 的硬壳层,下部为 4.608.30 m 厚的软土层,对工程影响较大的为硬壳层下部的软土。(a)K11+430 断面旧资料(b)K11+430 断面新资料(c)K18+620 断面旧资料(d)K18+620 断面新资料图 3 分析断面柱状图(单位:m)本次选取的两个断面均邻近桥头路段,地基处理采用粉喷桩复合地基的方案,旧路近 20 年的总沉降量累计为3545 cm,固结度接近90%。新旧勘11现 代 交 通 技 术2024 年察资料处理深度范围内的软土层主要物理力学指标对比如表 3 所示。2022 年 K11+430 断面浅部软土层的天然含水率比 2001 年减少 15.7%,2022 年该断面的液性指数较 2001 年减少 14.9%;2022 年K18+620 断面浅部软土层的天然含水率比 2001 年仅减少 2.3%,2022 年该断面的液性指数较 2001 年减少 9.0%。受 场 地 因 素 影 响,K18+620 断 面的 MJZQSZK4 号钻孔布设在旧路基坡脚以外约 4 m处,该区域所受荷载较小,导致软土层的物理力学指标改善不明显。表 3 新旧勘察资料处理深度范围内的软土层主要物理力学指标对比指标名称K11+430 断面K18+620 断面ZK843 号钻孔DCTZQSZK1 号钻孔ZK812 号钻孔MJZQSZK4 号钻孔天然含水率/%47.139.744.343.3天然密度/(gcm-3)1.751.811.761.75天然孔隙比1.3081.1151.2431.235塑性指数17.317.117.317.8液性指数1.481.261.341.22压缩系数/MP-10.730.520.830.69压缩模量/MPa3.493.803.543.48黏聚力/kPa14.020.916.017.4内摩擦角/()2.54.52.15.3注:ZK843 号钻孔与 ZK812 号钻孔的取样时间为 2001 年;DCTZQSZK1 号钻孔与 MJZQSZK4 号钻孔的取样时间为 2022 年。在拓宽路基勘察时,部分钻孔受场地限制无法直接布设在既有路基下部,相应区域一般位于旧路基坡脚附近。旧路基坡脚附近的荷载相对较小,可能导致部分区域软土层物理力学指标改善不明显。高翔1研究发现,旧路基坡脚处软土层指标的改善程度虽然较旧路基中心处小,但仍有不同程度的改善,这有利于拼宽路段的沉降控制。由图 2 可知,改扩建项目的旧路基边坡坡脚一般位于拼宽段路基的中心位置,通过分析旧路基坡脚处的地基土的工程性质,可以为拼宽路基的设计提供较可靠的依据,同时可证明勘探点布置原则的合理性。3 结论(1)平原软土区高速公路改扩建工程勘察与新建项目的勘察均是利用各种勘察手段查明建设场地内的工程地质条件,为工程方案的比选以及设计文件的编制提供工程地质资料,但二者的特点及所采用的技术手段明显不同。(2)既有路段的勘察资料及运营养护资料,可以为改扩建项目的勘察设计提供帮助,改扩建项目勘察时应注重对既有资料的收集与利用。(3)通过运营、养护期间的沉降观测资料反演地层参数,有助于发现原有勘察资料的不足,在改扩建勘察中提供更加合理的参数建议值。(4)旧路基边坡坡脚一般位于拼宽段路基的中心位置,分析旧路基坡脚处地基土的工程性质,所得结果可为拼宽路基的设计提供较可靠的依据。参考文献 1 高翔.高速公路新老路基相互作用分析与处理技术研究D.南京:东南大学,2006.2 孙家骏,杨永强,徐凤军.穿城高速公路改扩建工程与地方交通衔接研究J.现代交通技术,2019,16(4):63 67.3 凌建明,钱劲松,黄琴龙.路基拓宽工程的损坏模式和设计指标C2004 年道路工程学术交流会论文集.北京:人民交通出版社,2004:89 95.4 徐春明,汪春桃,吴家铭.高速公路改扩建工程勘察技术要点概述J.中外公路,2020,40(S2):1 4.5 中华人民共和国交通运输部.公路工程地质勘察规范:JTG C202011S.北京:人民交通出版社,2011.6 何湘峰,严俊峰,吴银亮.广东省软土地区高速公路改扩建勘察技术要点J.土工基础,2023,37(4):664666,684.7 吕新华,余敬.公路隧道围岩分类新、旧规范的比较J.城市勘测,2009(2):156 160.(责任编辑 董雅芸)21