驻信高速改扩建工程路基沉降观测研究

魏建国， 李　洋， 王　晶

(长沙理工大学， 湖南 长沙　410114)



驻信高速改扩建工程路基沉降观测研究

魏建国， 李洋， 王晶

(长沙理工大学， 湖南 长沙410114)

摘要：针对高速公路改扩建工程中路基拓宽的主要技术问题进行研究，结合河南省驻马店到信阳高速公路改扩建工程，采用分析现场实验与室内试验结果和数据理论分析等方式，对路基沉降进行了研究，选择未做地基处理断面、水泥搅拌桩处理断面以及CFG处理等3种断面，每种断面各取2个典型断面做路基沉降研究，在观测周期基本一致的情况下，分析和比较3种路基处理方式的沉降大小，稳定性以及处理效果，比选出该地区最优的地基处理方式。结果表明水泥搅拌桩和CFG桩处理过的工后沉降比土石方路基工后沉降量小得多，并且在驻信改扩建地区水泥搅拌桩的工后效果比CFG桩处理效果更好一些，总沉降量更少一些，此地基处理方案更适合驻信改扩建地区。

关键词：高速公路； 改扩建； 地基处理； 沉降观测

0引言

一些大营运量的高速公路开始经常出现交通量饱和势态，这主要是由于高速公路的交通量逐年增加，使得高速公路服务优势大打折扣，很难再和高速、快捷、畅通联系在一起。像其他发达国家一样在两个目的地之间修筑数条相互独立的高速公路，在中国这个经济发展状况下是很难行通。对原有高速公路进行拓宽改建则是一个较为可行的办法。在高速公路改扩建中，由于新老路基的填筑先后，造成路堤固结程度不同、承受荷载不同，即而新老路基的沉降变形模式也不同于普通一次成型的路基[1]。尤其对于路基为软土等高压缩性的土层，若不采取有效的工程措施，这种沉降差异将会在路基及路面结构中产生弯拉应力，这种弯拉应力和路面荷载共同作用于路面，加剧路面结构的错台、裂缝、疲劳破坏等病害，降低路面结构耐久性和缩短其使用年限，影响车辆正常安全行驶，造成巨大的经济损失。故拓宽路基差异沉降的控制是高速公路拓宽建设中的一项重要内容[2]。

因此，解决新老路基差异沉降问题是高速公路拓宽改建工程的关键技术难题。在国内已完成的高速公路拓宽改建工程，还没有经典的施工技术范例和实施参照规程，来指导今后的路基拓宽改建工程[3]。现有的很多路基拓宽工程处治后并不能达到预定的效果，通常会出现诸多路面和路基的常见病害，例如路基的开裂、路面裂缝、路基的错台等病害[4]。

本文通过长期的沉降观测，着重分析了3种典型的路基处理方式的沉降大小和效果。在做沉降观测的断面中选择2个典型断面来分析沉降数据，以确定沉降大小，填筑期间路基是否稳定。水泥搅拌桩以及CFG桩作为地基处理在驻信高速公路改扩建工程中应用较为广泛，在大量的观测断面中各选2个典型断面分析沉降数据，以确定2种地基处理方式的处理效果。由于埋设时路基施工到96区第2层，故只能作路基表面的沉降观测，可确定路基的整体沉降，确定路基稳定的时间。

1沉降检测方案

沉降观测点采用道钉和沉降板，道钉(测点1)埋设于老路硬路肩靠近边缘位置，沉降板(测点2、测点3)埋设于与道钉同一断面的新路基中间位置以及路基边缘内侧1 m左右位置，如图1。

图1　沉降观测点布置示意图

沉降板由钢板、金属测管和闷头组成(如图2)。随填土的增高，测管亦相应接高。接高后的测管上口应加盖闷头，便于立尺。实际操作时，在第1层压实面上挖土坑(深20～30 cm)，保证测管的竖直度，并使闷头顶低于现碾压面8～10 cm，随即测量管顶标高(初读数)。在第2层土碾压之后，开挖出管头，测量此时管顶标高，该标高与上次标高之差，即为本层填土导致的沉降；在该管顶位置接上一节钢管，埋好并人工压实，应始终保证管顶在碾压面以下8～10 cm。如此往上接长测量管直至路堤顶面。钢钉由采用普通钢制铁钉，需要有较高的硬度[5]，如图2。

图2　沉降板构造示意图及道钉设置图

观测频率取决于沉降速率，务必使系统观测的次数确实能反映出沉降过程，并使观测数据在指定时间段内反映可靠的沉降量，又不遗漏沉降变化的时刻。

加宽路堤填筑期沉降速率较大，观测频率应高一些，一般每填筑1～2层或5～10 d观测1次；预压初期(1～2个月)每月观测2～3次，后期沉降曲线一般走向平缓，可调整为每月观测1次；加宽路面施工期沉降曲线走向平缓，可以每层观测1次，若下层与上层施工间隔较长，可适当增加次数[6]。

2土石混填路基沉降观测研究

选取典型的沉降观测断面K18+680左幅(断面1)以及K18+680右幅(断面2)2个断面，由资料可知两断面均为土石混填路基，填高均为6.2 m，K18+680左幅开始观测时间为2014-05-01，K18+680右幅开始观测时间为2014-06-07，右幅由于施工现场各种原因观测点埋设时间晚了1个月。K18+680右幅原地面由于表层2 m左右为软土路基，采用土石料做了换填处理。断面1(图3)以及断面2沉降观测数据如图4和图5。

由图4、图5可知断面1和断面2的沉降最大点均为测点2，累计沉降分别为34.88 mm、30.12 mm；沉降最小点为测点1，累计沉降分别为12.59 mm、5.6 mm；测点3沉降居中。分析原因可能是测点2位置接近新路基填筑的重心位置，且过往施工车辆多从新路基中部通过故测点2沉降最大；累计沉降总体来说较小，日平均沉降最大值为断面1第93天观测值为1.28 mm/d，远小于规范规定的10 mm/d，说明填筑期间路基稳定性较好，沉降满足要求。两断面均为测点1沉降最小，分析原因可能是老路基经过10 a运营路基沉降基本稳定，但由于新路基施工的扰动故产生一定沉降，不过相对来说沉降较小，段面1、断面2两断面测点1沉降仅为测点2的36.10%和18.59%，新路施工对老路有一定的影响，需要施工单位注意，避免对老路影响过大。

图3　断面1沉降板埋设以及沉降观测

图4　断面1累计沉降-观测时间曲线

图5　断面2累计沉降-观测时间曲线

由图4、图5可以看出测点1、测点3观测过程中有沉降上升的现象，测点1由于施工过程中新路基对老路基有挤压作用，导致老路基有上升现象；测点3可能是由于施工扰动的原因。

通过对土石混填路基近4个月的观测，路基沉降较小，说明按路基拼接施工工法施工的路基稳定较好，满足改扩建施工要求。

3水泥搅拌桩处理地基沉降观测研究

水泥搅拌桩由于其工后效果较好，单价较低，因此在驻信高速公路改扩建工程中被大量使用。选取典型的的沉降观测断面K83+350右幅(断面1)以及K57+250右幅(断面2)，由资料可知断面1为填土路基，填高为7.4 m，位于桥头，路基填土为含砂低液限粘土，采用掺灰4%处理，石灰搅拌桩处理地基深度为8 m；断面2为填石路基，填高为6.78 m，也位于桥头，石灰搅拌桩处理地基深度为8 m。K83+350右幅开始观测时间为2014-04-29，K57+250右幅开始观测时间为2014-04-24，两断面观测时间相当。断面1、断面2观测数据如图6和图7。

图6　断面1累计沉降-观测时间曲线

图7　断面2累计沉降-观测时间曲线

由图6、图7可知断面1、2的沉降规律与图4、图5相似，测点2沉降最大，分别为11.07 mm、16.8 mm；测点1沉降最小，分别为2.93 mm，3 mm，测点3沉降居中。累计沉降总体来说较小，日平均沉降最大值为断面1第79天观测值为0.62 mm/d，远小于规范规定的10 mm/d，说明填筑期间路基稳定性较好，沉降满足要求。

由图6可以看出第60天和第80天观测时，断面1的3个测点均发生沉降上升的情况，与沉降观测规律不相符，分析原因可能是采用含砂低液限粘土填筑路基，观测之前刚下过雨，含砂低液限粘土具有一定的膨胀性，虽经过4%石灰处理但土质仍然具有一定的膨胀性，故路基沉降上升。说明该断面路基填筑施工时须注意雨水的及时排除。由于路基观测时路基填筑还在进行，路基沉降还未趋向稳定，因此还需要继续观测。

由图4以及图5可知地基未处理断面沉降最大点为断面1(K18+680左幅)的测点2，累计沉降为34.88 mm；水泥搅拌桩处理路基沉降最大点为断面2(K57+250右幅)的测点2，累计沉降为16.8 mm，为地基未处理断面最大沉降的48.17%，且K18+680左幅与K57+250右幅填高相近，证明了水泥搅拌桩确实可以达到减少路基沉降的效果。

通过对水泥搅拌桩地基处理路段4个月的观测，沉降很小，远小于规范规定值，说明水泥搅拌桩处理后路基稳定较好，水泥搅拌桩施工工法效果较好，满足改扩建施工要求[7]。

4CFG桩处理地基沉降观测研究

选取典型的沉降观测断面K34+400右幅(断面1)以及K44+450右幅(断面2)。由资料可知断面1为填石路基，填高为5.9 m，位于桥头，CFG桩地基处理深度为8 m；断面2为填石路基，填高为5.6 m，也位于桥头，CFG桩地基处理深度为8 m。K34+400右幅开始观测时间为2014-05-01，K44+450右幅开始观测时间为2014-05-06，两断面观测时间相当。断面1、断面2观测数据如图8和图9。

由图8、图9可知断面1、2的沉降规律与图4、图5相似，测点2沉降最大，分别为18.63 mm、16.57 mm；测点1沉降最小，分别为1.56 mm，3.42 mm，测点3沉降居中。累计沉降总体来说较小，日平均沉降最大值为断面1第8天观测值为0.33 mm/d，远小于规范规定的10 mm/d，说明填筑期间路基稳定性较好，沉降满足要求。

由图4以及图5可知地基未处理断面沉降最大点为断面1(K18+680左幅)的测点2，累计沉降为34.88 mm；CFG桩处理地基沉降最大点为断面1(K34+400右幅)的测点2，累计沉降为18.63 mm，为地基未处理断面最大沉降的53.41%，且K18+680左幅与K34+400右幅填高相近，证明了CFG桩确实可以达到减少路基沉降的效果。

图8　断面1累计沉降-观测时间曲线

图9　断面2累计沉降-观测时间曲线

通过对CFG桩地基处理路段4个月的观测，沉降很小，远小于规范规定值，说明CFG桩处理后路基稳定性较好，水泥搅拌桩施工工法效果较好，满足改扩建施工要求。

5结语

本文主要介绍了驻信高速公路改扩建工程按新旧路基拼接施工工法施工的路基以及水泥搅拌桩、CFG桩做地基处理路基的沉降观测研究。对各自沉降观测数据做了详细的分析，并对沉降观测数据做了比较。结论如下：

1) 按新旧路基拼接施工工法施工的土石混填路基沉降最大点为34.88 mm，累计沉降总体来说较小，日平均沉降最大值为断面1第93天观测值1.28 mm/d，远小于规范规定的10 mm/d，说明填筑期间路基稳定性较好，沉降满足要求。

2) 各观测断面的沉降最大值均为测点2，最小值为测点1，测点3沉降值居中。分析原因为：测点2位置接近新路基填筑的重心位置，且过往施

工车辆多从新路基中部通过故测点2沉降最大；测点1沉降最小可能是老路基经过10 a运营路基沉降基本稳定，但由于新路基施工的扰动故产生一定沉降，不过相对来说沉降较小，需要施工单位注意，施工时避免对老路影响过大。

3) 在选取3种路基处理监测方案中，水泥搅拌桩的沉降量最小。水泥搅拌桩处理地基断面沉降最大值为16.8 mm，日平均沉降最大值为断面1第79天观测值为0.62 mm/d，远小于规范规定的10 mm/d，说明填筑期间路基稳定性较好，沉降满足要求。沉降最大值为未做地基处理断面沉降的48.17%，证明了水泥搅拌桩确实可以达到减少路基沉降的效果。在驻信高速改扩建地区的3种典型地基处理方式中，水泥搅拌桩的效果是最好的。相比传统的土石方路基处理方式来讲，水泥搅拌桩处理和CFG桩处理的工后效果较好，沉降量较小。相比CFG桩，水泥搅拌桩处理的效果更好，沉降量更小，并且造价相对CFG桩来说较低，故最经济实惠并且控制沉降效果最好的是水泥搅拌桩处理方式。可在该地区优先选用。

参考文献：

[1] 林青.高速公路拓宽道路差异沉降特性研究[D].西安：长安大学，2014.

[2] 孙四平，侯芸，郭忠印.旧路加宽综合处治方案设计的几点考虑[J].华东公路，2002(5).

[3] 李晨明.高速公路改扩建中路基拓宽的处理问题[J].辽宁交通科技，2002(5).

[4] 安喜民，卢晓杰.浅谈旧路加宽路段路基处理[J].黑河科技，2000(1).

[5] 高博.高速公路改扩建工程沉降观测及评估技术研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2014.

[6] 张军辉.软土地基上高速公路加宽变形特性及差异沉降控制标准研究[D].南京：东南大学，2006.

[7] 杨华.高速公路路堤下水泥搅拌桩承载力及沉降的研究[D].南昌：华东交通大学，2009.

文章编号：1008-844X(2016)02-0037-04

收稿日期:2016-02-25

作者简介:魏建国( 1972-) ，男，博士，教授，研究方向: 道路与铁道工程。

中图分类号：U 416.1

文献标识码：A