高速公路扩建工程路面施工对路基沉降的影响

项希年

（徐州市公路工程总公司，江苏 徐州 221000）

自改革开放以来，我国公路事业取得了巨大发展，所取得的成就足以令世界瞩目。公路事业的发展为我国人民生活水平的提升起到了重要作用，而在公路事业中，高速公路占有重要地位，其具有交通量大、行车速度快的特点。但就目前来看，在我国高速公路工程中，依然存在着一些路基沉降问题。外部作用与路基自身受力是让路基产生沉降问题的两大主要原因，需要对此予以高度重视。

1 路基沉降的基本原理

在高速公路的运营过程中，如果其路面结构遭到破坏，就会影响公路行车的整体安全性。在路面结构破坏现象中，路基沉降是一种重要类型，以下结合当前实际情况，对沉降阶段进行分析。

1.1 路基沉降阶段

（1）初始瞬时沉降。主要指的是在荷载作用下，在相对较短时间内，会有部分沉降现象出现。在初始瞬时阶段，土体孔隙水排出情况不佳，使得土体内部出现变形，这种变形可以理解为剪切变形。另外，荷载施加方向、施加速度等方面均会影响到具体沉降效果。

（2）固结沉降。在路基沉降变形过程中，其主要组成部分为固结沉降，之所以会产生这种沉降现象，其主要原因是超静孔压消散。此部分沉降包含了体积变形以及剪切变形两个组成部分。

（3）次固结沉降。此时的超静孔隙水压力消散情况已经基本全部实现，可以对其予以忽略，但因为存在有效应力，土骨架蠕变会导致沉降变形情况进一步出现，伴随着时间的推移，这种变形效果会逐渐凸显。

1.2 不均匀沉降

（1）固结差异变形。如果其处于具有较差土质条件的环境中，新地基需要较长时间才能达到完全固结状态，且地基土具有较大的压缩量产生。在施工结束后，其沉降速率依然没有得到降低，而老路基因车辆荷载、自重荷载影响，已经产生固结变形，扩建路基对老地基产生荷载，就有可能让其产生二次固结变形。但这种固结变形效果较为有限，因此，会有固结沉降差出现，进而影响路面的正常运行。

（2）压缩沉降变形。在高速公路扩建工程填方路基地段中，压缩沉降变形情况多有存在。如果扩建工程具有相对较窄的工作面，或是填方高度大，就有可能让施工无法在有限空间内正常开展。如对于大型机械设备来说，如果其使用效能没有得到充分发挥，就有可能让路基压实度受到不利影响。另外，施工材料也会对施工质量造成影响，如应用固结时间相对较长的黏土，就有可能产生不均匀沉降问题。新路基在扩建工程开展过程中，因为通车运营车辆荷载以及自重荷载的影响，可能会有压缩变形情况出现；而在行车荷载以及自重荷载下，老路基路面已经基本完成压缩变形。新老路基之间沉降差异具有不均匀特点，如果这种差异变形情况达到一定程度，就有可能出现路面破坏情况。

2 高速公路扩建工程路面施工对路基沉降的影响

2.1 工程概况

该工程为我国某处高速公路扩建工程项目，开始于2010 年，主要设计思路为两侧拼接整体断面为主，局部分离断面双向八车道。在对其进行有效拓宽后，其路基宽度已经达到41m。为对其进行有效监测，其布置监测点如图1 所示。

图1 监测点布置情况

2.2 监测方法

为对现场沉降情况进行有效监测，分别在拓宽车道路肩、道路中心以及旧路肩位置设置观测点，即C1、C2、C3，和旧路中心线之间的距离分别是19.75m、16.75m 以及12m。在路面垫层工作正式施工开始之前，可以将C1 这一沉降板观测点埋设在拓宽路基顶部路肩中央处，并保证此底板状态水平化，测杆倾斜度在1.5%以内。为规避大型摊铺设备破坏沉降板，在铺筑工作进行中，应该对测杆利用塑料套进行处理，确保沉降套管高度在路面结构层高度以内，并对管口进行密封，在回填压实后可进行施工。应用打设测钉方法可以对C2、C3 进行布设，在结构层施工工作完成后，可以将不锈钢测钉打设在统一平面位置，之后可开展测量。其主要应用光学测微器SOKKIA B20 Ⅱ水准仪进行沉降观测，设定0.5mm 为1km 的返测标准差。在监测时间上，主要为基层施工开始一直到面层施工工作结束后半年，时间大约为230d，在施工过程中，其监测频率为1 周1 次，在面层铺筑工作开始后，其监测频率为 2 周1 次。

2.3 影响分析

（1）结构层施工。路面沉降、结构厚度以及施工时间关系如图2 所示。

图2 施工时间关系图

在监测过程中，碎石垫层以及水泥稳定碎石底基层加铺工作完成后，和下一路面结构层加铺时间间隔为T1，两层18cm 厚水泥稳定碎石基层铺设时间间隔是T2，沥青混凝土下面层和水泥稳定碎石基层施工时间间隔为T3，中面层和上面层施工时间间隔是T4，中面层铺设完成后和监测截止时间之间间隔为T5。经过监测，发现新旧路面均有沉降情况出现，C1 为最大累计沉降位置。在K24+930 断面，其具有70.9mm 最大累计沉降，在K24+350 断面，其具有47.2mm 累计沉降。依照时间和路基沉降关系曲线特征，应用双曲线模型，采用拟合分析方法，可以对其进行预测，即在15 年后，其监测断面分别为92.2mm 与74.8mm。

（2）路面差异沉降。设基准点为旧路路肩沉降观测点C3，之后可研究新旧路差异沉降以及横向分布特征，如图3、图4 所示。

图 3 差异沉降情况

图4 横向分布情况

结合图3、图4，可以对其沉降情况进行有效分析。在K24+350 中，其试验末期的差异沉降△S1、△S2 数值分别为19.1mm、8.5mm；在K24+930 中，其试验末期的沉降△S1、△S2 数值分别为9.7mm、-0.3mm。

（3）结果分析。①累计沉降。在本文中，试验监测断面均有沉降情况出现，其沉降原因主要可概括为两个主要方面：因新路基荷载影响，地基出现固结沉降情况；因自身荷载影响，新路堤压缩变形。在路面铺筑过程中，K24+350 以及K24+930 的地基顶面沉降速度分别为3mm/ 月以下以及5.6 ～7.5mm/ 月。在结构施工开始后，其沉降分别为29.4mm、55.7mm,路堤顶面沉降为47mm、71mm，压缩变形为22mm、12mm。CFG桩复合地基沉降均有存在，在软土层打设过程中，桩身压缩会导致其加固区出现沉降情况，如果没有打设至稳定持力层，或是其桩具有较差质量，就有可能造成沉降较大的问题出现。在该试验段中，受到软土层的影响，可能存在没有打穿现象，在施工期间产生固结沉降。为让此情况的出现得到有效避免，需要全面做好地质勘察工作，并对勘察结果进行科学分析，以软土地层物理性质及分布情况信息来支撑设计施工工作。对这两个断面的路堤产生压缩沉降量进行分析，发现该路堤土压实度控制效果相对较好。②差异沉降。在该试验段中，C1、C2、C3 均具有相对较小的累计差异沉降，其控制措施应用效果相对较好。但值得注意的是，在K24+930 中，加铺结构层时，旧路路基有很大沉降现象出现，在沥青混凝土面层加铺过程中，这种沉降现象表现尤为明显。其根本原因是该路段具有较为深厚的软基，且应用塑料排水管进行加固时，在深度上存在着施工问题，拓宽新路堤荷载也会让旧路基的固结沉降平衡性被打破。因此，在设计施工过程中，应对旧路基固结沉降现象予以高度重视，如果这种沉降较为严重，就有可能让路面有凹陷存在，影响其排水性能以及使用寿命。但就总体而言，该试验段差异沉降与总沉降均处于可容限度内，其整体扩建施工效果相对较好。

3 结束语

综上所述，固结差异变形以及压缩沉降变形是不均匀沉降中的两种主要类型，结合文章扩建工程案例，可以得知在应用CFG 桩开展扩建工程时，如果施工区域为软土地区，那么应提前做好相应的地质勘探工作，需要确保地基处理效果以及路堤填土压实度满足施工要求。同时，应对旧路的固结程度进行全面了解，以保证地基处理方式的合理性。只有这样，才能让高速公路扩建工程不会出现路基沉降问题，保证公路工程的顺利投运。