某公路扩建工程拼接路基差异沉降分析

刘仕焜（福州大学土木工程学院，福州350100）

某公路扩建工程拼接路基差异沉降分析

刘仕焜
（福州大学土木工程学院，福州350100）

为了解公路扩建工程中软基路段新、旧路基变形特性和沉降规律，分别采用精密水准仪和剖面沉降仪对新、旧路基沉降进行监测。结果表明，旧路基沉降量较小，基本趋于稳定，从新旧路基搭接处至新路基边沿处，路基沉降呈加速趋势，新路基边沿沉降量最大。分析结果可为类似工程的设计和施工提供参考。

公路扩建工程路基监测差异沉降

1 引言

某高速公路位于沿海地区，地基多为河相、海相或泻湖相沉积层，地基土体类别多为淤泥、淤泥质粘土和淤泥质亚粘土等，具有含水量高、孔隙比大、低密度、低强度、高压缩性、低渗透性等特点。扩建工程中，原路己经运营近10年，老路部分的地基和路基变形已相对完成，沉降己经或基本稳定，而对于新拓宽部分，尤其是在软土地基上修建高速公路，路基路面恒载和车辆活载作用下，软土地基的固结变形和新填路基的压密变形将产生很大的工后沉降，导致新旧路基间的较大的不协调变形。由于新旧路基的地质条件和软基处理方式存在较大的差异，同时由于拼接荷载的影响，若处理不当将会引起新旧路基间的不均匀沉降，在新旧路基结合处产生拉应力，极易导致路面的开裂。为了解新建公路施工过程中和工后路基横断面方向的沉降特征，需要借助监测手段对路基在施工阶段和运营阶段进行严密监测，掌握新旧路基的沉降特征和规律，为施工提供参考，减少新旧路基的差异沉降。

2 监测方法

2.1 旧路基沉降监测方法

通过埋设水准尺垫做观测点，采用精密水准仪测量各水准点高程，每次测量高程与初次高程相比较，计算每次累计沉降值。水准点布设在就近结构物桥台或涵台的混凝土基础上，观测点用水泥砂浆将其固定在路肩和中央分隔带边沿上。

对分离式路基，观测点分别布设在左、右侧硬路肩外侧，对整体式路基，除左、右侧硬路肩外侧，增设中央分隔带（左或右侧，仅一侧）路缘带外侧观测点，

2.2 扩宽路基沉降监测方法

为了了解扩建工程中新、老路基整个横断面的变形特性和沉降规律，通过在路基施工初期预埋沉降管，如图1，采用剖面沉降仪进行测量。与沉降桩法、沉降板法和沉降杯法相比，使用剖面沉降仪进行沉降测量主要具有以下优点：①精度高。每次读数误差小于0.1mm，10m水平距离测试的累积误差小于1mm；②操作方便。整个测试系统（探头、电缆及拉线、记录仪）可一人携带，移动方便，测试操作一人即可；③可以测量整个断面的沉降曲线。除此之外，该方法不影响施工，不破坏上部结构的完整性，可连续测读结构物下部的地表沉降量，而且不受外界环境影响，避免了采用其他测量方法容易受施工破坏及干扰施工等缺点的影响。

图1 新路堤沉降管埋设

3 新旧路基沉降结果分析

3.1 旧路基沉降结果分析

本次旧路监测段落主要包括K307+200～K308+171、K308+570～K309+250、K343+495～+600、K344+010～+480、K344+599～K345+250。以下针对K307+200～K308+171路段进行旧路沉降分析。根据勘察资料，该路段地基主要为淤泥，埋深为4～6m，淤泥厚度为2～5m，填土高度4～6m，下卧层为砂质粘性土、粘土，表层硬壳层为粘土、素填土、亚粘土。其中K307+671～+793路段淤泥埋深为8m，厚度为6m。原有高速公路软基处理方案为砂垫层+塑料排水板+等载预压，桥头段落采用超载预压处理，涵洞反开槽施工。

图2和图3分别为K307+200～+255段落和K307+ 275～K308+171段落累计沉降平均值—时间曲线。分析监测结果发现：施工期，2008年5月～2010年4月，K307+ 200～+255路段累计沉降平均值为0.96mm，单个测点最大累计沉降达2.14mm，累计沉降较小，路基基本稳定，如图3所示。2008年5月～2009年5月，K307+275～K308+ 171路段，累计沉降平均值为7.47mm，其中K307+640～K308+171沉降最为明显，累计沉降平均值为13.12mm，单个测点最大累计沉降达22.82mm；2009年5月～2010年4月，路基基本稳定，累计沉降平均值为6.67mm，单个测点最大累计沉降为23.72mm，如图3所示。

图2 K307+200～+255累计沉降平均值—时间曲线

图3 K307+275～K308+171累计沉降平均值—时间曲线

从监测数据分析可知：旧路大部分老路地表沉降较小，累计沉降平均值小于3mm，路基基本稳定。局部路段存在小幅沉降，目前已基本稳定。

上述说明，某高速公路旧路基沉降总体较为稳定，但部分路段局部还存在一定程度次固结沉降，同时，在路基拓宽施工的影响下，老路地表存在不同程度加速沉降，为此，需要结合新路基沉降观测结果，分析沉降规律，预测沉降趋势，优化设计参数和施工方案。

3.2 新路基沉降结果分析

在旧路监测段落不同位置对新路基共布设了16个监测断面。以下针对YK307+400断面新路基沉降进行分析，其累计沉降量横断面分布图、累计沉降—时间关系曲线分别如图4和图5所示。

该监测断面于2010年5月初埋设，5月13日开始监测。沉降管管端外露长度为1.0m，管离原地面约1.5m，管上覆土层厚约0.3m；2010年8月9日监测时，管上覆土层厚约1.0m，路基施工已完成。从图4和图5中可以看出，2010年5月13日～2010年8月9日，由于路基暂停施工，路基沉降相对较小，最大累计沉降发生在新旧路基搭接处，累计沉降量为44.49mm，沉降速率为0.51mm/ d；2010年8月9日～2010年9月21日，由于路基继续填筑施工，新路基边沿至新路基中央沉降速率增大，最大沉降发生在新路基边沿，最大累计沉降量由32.06mm增至117.49mm，沉降速率为1.99mm/d，新旧路基搭接处沉降较小，最大累计沉降为46.06mm，沉降速率为0.04mm/d，沉降微小。

上述分析可知，该监测断面新旧路基搭接处路基开始趋于稳定，从新旧路基搭接处至新路基边沿处，路基沉降呈加速趋势，新路基边沿沉降量最大，沉降速率也最大。路基未稳定，横断面不均匀沉降大。

图4 不同时间累计沉降量横断面分布图

图5 断面累计沉降-时间关系曲线

4 新旧路基差异沉降规律

通过对新旧路基沉降结果进行分析比较，结果表明：（1）新旧路基搭接处路基沉降量较小，沉降速率也较小，并开始趋于稳定，从新旧路基搭接处至新路基边沿处，路基沉降呈加速趋势，新路基边沿沉降量最大，沉降速率也最大。该类路基横断面不均匀沉降大，路基不稳定。

（2）新旧路基搭接处至新路基中央沉降基本一致，沉降量较小，沉降速率也较小，新路基边沿侧路基沉降量大，沉降速率也较大，且在路基施工期间，沉降速率不减反增。该类路基横断面存在较大不均匀沉降，路基沉降不稳定。

（3）新旧路基搭接处至新路基边沿沉降基本一致，新路基边沿侧稍大。但总体沉降量不大，沉降速率较小。该类路基横断面方向存在较小的不均匀沉降，路基沉降开始减小。

（4）开始最大沉降出现在路基中央处，后期新旧路基搭接处沉降增大，沉降速率加快，而新路基中央至新路基边沿开始趋于稳定。该类路基总体沉降和沉降速率较小，但存在较大的不均匀沉降。

5 新旧路基差异沉降原因分析

通过监测、类似工程经验比较和理论分析，认为新旧路基产生差异沉降的机理可总结为以下几方面：

（1）新路基施工时，原路己经运营了一段时间，在原路堤荷重的作用下，地基土已经基本或完全固结，地基的物理力学性质有极大改变，特别是软土地基，强度明显提高，即使是还未完全固结稳定的段落，地基土的性质也有了较大的改善，在同等荷载作用下，加上荷载相对位置的影响，相对于拓宽地基，将发生一定的沉降增量，进而引发新旧路基间差异沉降的产生。

（2）监测结果表明，在路基已经填筑一定高度的路堤上埋设沉降管进行监测时，在压路机和过往施工车辆的动荷载作用下，新路堤边沿侧路堤本身容易产生侧移下滑，沉降明显大于其他部位，加速了新路基边沿侧不均匀沉降。

（3）拓宽路基施工质量难以控制，往往不加调整地将普通高速公路的路基施工方式应用于路基拓宽工程中，会造成路基碾压不均，施工质量难以满足要求，导致路基容易产生不均匀沉降。

（4）新旧路基结合部位工艺复杂，施工难度大，往往在此产生人为的质量不合格因素，如压实度达不到设计标准、开挖台阶没达到设计要求、老路边坡没有处理完全等，由于各种施工原因造成的结合部强度不足，导致新旧路基搭接处沉降量大。

（5）由于新旧路基修建历史、填料、软基处理方式和压实度的差异，造成新旧路基性质的不同，容易产生不协调变形。

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