山区高速公路路基差异沉降特性与控制措施分析

王志伟

（中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁沈阳 110000）

1 高速公路路基差异沉降特性

1.1 差异沉降机理

一般情况下，采用两侧对称加宽的方式对高速公路进行拓宽作业，但老路基的施工通常都会比新路基早十几年甚至几十年，当进行新路基的施工时，老路基早已完成固结沉降和次固结沉降，地基也已到达稳定的程度，几乎不会再出现变化，而新路基则不同，其需要经过一个漫长的时间才能完成建设初期的固结沉降和次固结沉降，因此二者还会在运营期内发生，这就是差异沉降机理，也是导致差异沉降发生最主要的原因。同时，新路基自身的附加荷载会在新老路基共同的基础上产生一定的差异附加应力，从而出现新的差异沉降，一旦出现这种情况，会严重影响高速公路的施工或者运营，而采取不当的措施则会让差异沉降越来越大，严重时还会导致老路基出现拉裂或者新路基出现开裂，严重危害公路施工和运营安全。

1.2 差异沉降特征

（1）竖向位移。通过对路基进行拓宽作业后的竖向位移进行对比可以看出，其竖向位移有着明显的变化[1]。在开始进行拓宽作业之前，老路基的沉降分布特点为边缘小、中间大，即竖向位移的最大值出现在老路基中心线的位置，而这样的沉降分布规律和新建路基表现出来的是相同的；在完成路基的扩宽作业之后，老路基右侧的沉降在不断增加，但此时沉降的最大值却出现在新路基下方一定深度的位置，然后不断地减小，将其绘制成图后发现，其表现为钟形。

（2）水平位移。通过将老路基和新路基的水平位移进行对比可以看出，在进行路基拓宽作业之前，水平位移的最大值出现在老路基下方的路基上，但此时路基中心线位置的水平位移却为零；当路基拓宽作业完成后，水平位移的最大值却出现在新路基上，此时，在新老路基拼接位置的左侧以及老路基较为中心的位置，水平位移值呈现出减小的趋势，而在新老路基拼接位置的右侧，水平位移值呈现出增大的趋势。

（3）竖向应力。在对路基进行拓宽作业时，路基顶面的位置会出现最大的竖向应力值，而且其会随着地基深度的加深而减小；当最大竖向应力值不断增加时，其位置则会不断靠近新路基中心的位置。

2 路基沉降原因

2.1 填料质量

路基的差异沉降在很大程度上会受到路基填料质量的影响。不同的填料会有不同的性质，而且会让路堤地面产生不同的附加应力，从而产生不同的地基变形量，造成差异沉降的产生。所以，想要在最大程度上减小路基的差异沉降，就需要确保路基填料的均匀性和强度[2]。

2.2 土体自重引起的天然沉降

在山区修建高速公路，路基都会表现出工程量大、填方高的特征，而此时路堤的填土就会变成整个公路的附加荷载，其会在一定程度上让天然的地基出现沉降变形，路堤的填土高度和土质会影响到沉降变形的大小。路堤的填筑高度越大，地基就要承受更多的应力，地基的沉降量也会随之增大。

2.3 路基压实度

路基填料压实度越大，路基填土本身的沉降量会越小，想要促进高填方路基沉降的有效减少，就需要尽量提高路基本身的压实度。在对山区高速公路进行施工时，需要选择合格的路基填筑材料，确保施工机械和填筑方法的有序合理，这样才能在最大程度上确保路基的压实程度，在公路投入使用之后，也不会因为车辆荷载的重复作用而出现沉陷和变形，增加公路的使用寿命。

3 路基差异沉降的技术治理措施

3.1 确定桩间距

在进行复合地基设计的过程之中，最需要考虑的因素就是桩间距，选取3 m，2.5 m，2 m这3种不同的桩间距，通过一系列的计算，得出了地基沉降具体的数值，并用预应力管桩和得到的数据进行比较，表1是具体计算结果。

表1 复合地基下不同沉降值的计算结果

通过表1的内容及数据可以看出，当桩间距从3 m减小到2 m时，对应的峰值分别增加了11.13%，19.42%，14.65%，地面峰值也存在不同程度的增加。因此，通过表1中的对比发现，桩间距对于复合地基产生的沉降影响相对比较大。通过一系列的分析可以得出，想要对路基沉降效果进行有效把控，将桩间距控制在2.5 m的效果最佳。

3.2 确定桩模量

在进行高速公路地基的设计时，需要重点考虑桩体刚度带来的影响。为了有效分析不同桩体模量所起到的作用，将桩间距控制为2.5 m，然后分别取50 GPa，40 GPa，30 GPa这3种不同情形的模量进行对比，表2是不同情况下得到的沉降值。

表2 复合地基在不同桩模量情况下的沉降值

通过对表2进行分析可以看出，沉降的效果会随着预应力模量的减小而变得更不明显。当桩模量从50 GPa下降到30 GPa时，与无桩的最大沉降进行对比，可以发现其都有不同程度的增加。但是从数值的差异来看，选取50 GPa，40 GPa以及30 GPa，3种不同情况下沉降的增加程度基本相同，因此，从降低沉降效果以及整个工程造价2个角度出发，只需要选取模量30 GPa便能满足工程的需求。

3.3 确定桩长

在公路工程设计和施工的过程中，值得注意的另外一个因素就是桩长，因此，为了有效分析桩长对整个公路地基沉降产生的影响，先将桩间距设定为2.5 m，将模量确定为30 GPa，分别取9 m，8 m，7 m的桩长对预应力管桩沉降的峰值进行计算并对计算得到的结果进行比较。表3是相关数据。

表3 复合地基在桩长不同时的沉降值

通过计算得到的表3值可以看出，随着预应力长度的不断减小，降低沉降的效果越来越不明显，如果没有设置桩作为参照物，随着桩长度的不断减小，最大沉降值会不断增加，且沉降峰值也会逐渐增加。根据上述的数值分析可以看出，路基表面的最大沉降量及最大差异沉降都随着桩长的减小而增加，而且整个变化幅度在不断地减小。桩体长度为8 m时，能很好地限制新老路基出现的差异沉降，因此，将预应力的桩长设置为8 m[3]。

3.4 确定垫层材料

不同的公路建设项目，使用到的垫层材料的刚度也是不同的，本研究分别取 70 MPa，50 MPa，30 MPa，10 MPa 这 4 种不同垫层材料的模量来进行对比分析，表4是相关数据。

表4 复合地基在不同刚度垫层材料下的差异沉降量

通过表4的数值可以得到，随着材料刚度的不断减小，沉降效果会越来越不明显，而且其顶面的最大沉降差呈现出逐渐增长的趋势。随着垫层材料的不断减小，最大差异沉降的线性则表现出逐渐增加的趋势。虽然，上述的结果都呈现出不断增大的趋势，但上涨幅度并不大，因此，在实际施工过程中，选取垫层材料的模量只需要达到10 MPa就能满足施工的需求[4-5]。

4 结束语

在对山区高速公路进行拓宽作业后，新老路基会出现不同程度上差异沉降，最主要的表现就是新老路基在竖向位移、水平位移以及竖向应力等方面表现出的不同，所以，如果需要对高速公路进行拓宽作业，则要尽可能地将减小差异沉降作为施工技术的基础，结合以往的施工经验和一系列分析得出：桩间距2.5 m，桩模量30 GPa，模量垫层材料10 MPa为最佳需求。

［1］沈凤娟.高速公路单侧拓宽工程新老路基差异沉降的研究［D］.石家庄：石家庄铁道大学，2015.

［2］张永清.山区高速公路路基差异沉降特性与控制措施研究［D］.西安：长安大学，2009.

［3］翁效林.高速公路拓宽路基差异沉降控制技术研究［D］.西安：长安大学，2009.

［4］傅珍.高速公路拓宽工程路基差异沉降及控制技术研究［D］.西安：长安大学，2007.

［5］傅珍，王选仓，陈星光，等.拓宽路基差异沉降特性和影响因素［J］.交通运输工程学报，2007（01）：54-57.