关于江苏省改扩建高速公路软土路段拼宽路基沉降控制方法的探讨

2021-03-12罗秋福华设设计集团股份有限公司江苏南京210000

砖瓦 2021年3期

罗秋福（华设设计集团股份有限公司，江苏南京 210000）

1 概述

随着我国高速公路建设事业的快速发展，先期建成道路已无法适应目前大交通量的需求。东部、中部省份改扩建项目即将全面展开。“十三五”规划明确推进京哈高速、京沪高速、京台高速、京港澳高速、沈海高速、沪蓉高速、连霍高速、兰海高速等8条主通道扩容工程。

江苏省已经实施了一批改扩建项目，沪宁高速公路于1996年建成通车，是江苏省第一条高速公路，江苏段全线全长248.2km，行车速度120km/h。但随着长三角经济的快速发展和城市群的加速形成，交通量迅速增长，沪宁高速公路拥堵日益严重，已不能满足经济社会发展的需要，为解决这一状况，从2003年五月江苏省政府决定对沪宁进行改建，于2006年1月通车，沪宁高速改扩建工程自开工以来，在没有中断交通的情况下，仅用了两年左右的时间，就实现了全线贯通。江广高速自正谊互通止于广陵枢纽互通立交，路线全长66.006km，原设计为双向四车道，后于2015年8月全线开工建设，并于2018年6月建成通车。

2 软土的分布特性

江苏省软土地基分布广泛，高速公路特殊路基处理难度大，地基处理技术是工程建设中的关键问题。软土地基处理的效果决定了高速公路路面的状况和高速公路行车的舒适性和安全性。

软土是第四纪形成的海相、泻湖相、三角洲相、溺谷相和湖泊相的沉积物或河流冲积物，部分软土属于新近淤积物。软土大部分处于饱和状态，其特点是天然含水量高，天然孔隙比大，抗剪强度低，压缩系数高，渗透系数小。在荷载作用下，软土地基承载力低，地基沉降变形大，而且沉降稳定历时比较长，一般需要几年，甚至几十年。软土是江苏地区高速公路工程建设中遇到最多需要进行地基处理的特殊土，广泛分布于省内大部分地区，其中连云港、盐城、苏州等地区分布的软土最具典型性。

软土地基上公路路堤的设计与施工质量在很大程度上取决于地质资料的正确性和代表性，高速公路勘察设计中应认真收集沿线的地形、地貌、工程地质、水文地质、气象等资料，按照《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）有关规定，采用适宜的勘探方法进行综合勘探试验和现场原位测试，并进行统计与分析，为设计提供可靠的软土物理力学性质指标。

根据交通运输部颁《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/TD31-02-2013）软土的鉴别依据见表1。

此外不属于软土，但工程性质较差的土一般定义为软弱土，指标如下：

表1 软土鉴别指标

土工试验指标孔隙比和液性指数在1.0 左右，qc=0.7MPa～1.0MPa。

粉土、砂性土0.7＜qc＜1.5MPa。

3 软土的主要工程地质问题

软土由于具有含水量高、压缩性大、透水性差、强度低和变形稳定所需时间长等工程特性，一般不能直接作为天然地基使用，需经过加固处理以减小道路路基在荷载作用下引起的沉降或不均匀沉降。通常，软土路基问题及其危害概括起来有如下方面：

3.1 强度及稳定问题

当软土路基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时，软土路基会产生局部或整体剪切破坏，造成路堤塌方、失稳及桥台破坏。

3.2 沉降变形问题

当软土路基在上部荷载及外部荷载作用下产生过大的沉降变形时，会影响道路的正常使用。特别是产生过大的不均匀沉降时，造成路面开裂破坏，结构物与路堤衔接处差异沉降，引起桥头跳车，涵身、通道凹陷、沉降缝拉宽而漏水；路面横坡变缓、积水，从而引起路面损坏等等。因此，软基处理可分为稳定处理和沉降处理两大类型。

3.2.1 稳定处理的作用

控制剪切变形：制止周围地基因路堤荷载作用发生隆起或滑动。

阻止强度降低：阻止因路堤荷载作用而强度降低，以求得稳定。

促进强度增长：加速地基强度的增长，以求得稳定。

增加抗滑阻力：改变路堤形状或换填部分地基，增加抗滑阻力，以求得稳定。

3.2.2 沉降处理的作用

压密、排水固结，加速固结沉降；加速地基沉降，减少有害的剩余沉降量。

减少总沉降量：满足工后沉降要求，保证在预定的工期内达到沉降稳定，满足使用要求。

4 控制标准

根据JTGL11-2014高速公路改扩建设计细则要求：①工后沉降计算年限宜小于15 年；②拼宽部分路基工后沉降，应满足桥头处不大于5cm、通道及涵洞处不大于10cm、其他一般路段不大于15cm 的要求；③差异沉降控制，应满足拼宽路基的路拱横坡度增大值不大于0.5%，相邻路段差异沉降引起的纵坡变化不大于0.4%的要求。

2017 年由江苏交通控股有限公司颁布的江苏省地方标准《高速公路扩建工程技术标准》中规定：①拼接路基的计算总沉降量大于15cm的路段应按软弱地基进行处治设计；②在原路路基沉降基本稳定的软弱地基路段，拼接路基处治后总沉降量应小于15cm、工后沉降量应小于5cm、原路中心附加沉降应小于3cm；③差异沉降控制，应满足拼宽路基的路拱横坡度增大值不大于0.5%、相邻路段差异沉降引起的纵坡变化不大于0.4%的要求；④原路路基沉降未稳定时，宜进行专项设计论证，应同步对原路路基进行再处治。处理困难的路段拼接带的差异沉降应小于5cm；⑤扩建方式采用整体式断面的局部分离路段且距原路路基较近时，需要时可采用设置隔离措施或对新建路基进行处理等措施，其附加总沉降应小于5cm。

5 地基处理方法

a.置换法：适用于浅薄层（3m）软弱土、杂填土等。材料：碎石、砂砾石、石灰或水泥改良土、混凝土废料等。地下水下不用石灰土，要选用水稳性好的填料；最好不用碎石土，可用山皮土。土工材料可根据需要加筋。强夯法主要用于杂填土、砂性土，处理抗震液化。由于需要砂石垫层、运输不便，夯沉量大，补偿土量大，性价比不高，公路较少用。

b.排水固结法：适用于深厚层（小于30m）饱和软（弱）黏土、冲填土、填海湖造田地，其具有含水量、压缩性高，强度、渗透性低等特点。

c.复核地基法（碎石桩）：深厚层（小于30m）软（弱）黏土，液化土。

d.复核地基法（加固土桩）：深厚层（小于30m）软弱土，液化土。适用于处理十字板抗剪强度大于10kPa，有机质含量小于10%的软土地基。

e.复合地基法（PHC）：深厚层（小于40m）软弱土。适用于处理深厚软土地基上荷载较大、变形要求较严格的高路堤路段、桥头及衔接过渡段。十字板抗剪强度＜10kPa易倒斜，慎用。

f.轻质土、加筋土路堤：减轻路堤荷载，加强搞独立自身稳定性。一般与深层处理措施结合应用。

6 计算参数选用

计算软件：理正岩土

计算模块：既有软土地基拓宽设计

相关计算参数：路基土厚度、粘聚力、内摩擦角、路堤处理

7 改扩建项目中软土地基处理的几点思考

新建高速公路模型简单，只需按照相关参数控制中心点沉降即可，但改扩建项目沉降控制标准复杂，需同时结合老路的沉降情况及新拼宽路段的沉降情况，其中老路的沉降情况比较复杂，需详细搜集老路的施工时间、老路的软基处理方案来判断老路的地基沉降情况，必要的情况下需对老路的沉降情况进行重新观测，确定老路的固结情况。

改扩建项目中部分桥梁由于航道等级提升或者净空要求提高等原因，纵断面需要进行抬升。对于纵断面抬升路段沉降控制标准的控制，改扩建规范中并未提及。如果按照目前规范中要求的拼宽部分路基工后沉降桥头处不大于5cm、通道及涵洞处不大于10cm、其他一般路段不大于15cm的要求进行控制的话则需要较强的处理方案，可能会导致较大的造价浪费。结合现场实际情况及通车后运营情况，建议抬高路段沉降控制标准调整为全断面总沉降不大于20cm，工后沉降不大于10cm。

按照设计文件要求，为增强新老路的拼接，减少差异沉降，需在拼接台阶处进行管桩施工，现场施工单位反馈施工困难，能否将台阶上的管桩取消。为加强新老路衔接，台阶上的管桩需要进行施工，施工单位需对施工机械进行改装后施工台阶上的管桩。

临塘路段：

问题：施工时常需要抽水清淤，由于局部降低了原来的地下水位，对路基额外增加了由于地下水位的降低而形成的呈三角形或梯形分布作用于地基的垂直向偏心荷载，易引发路基、路面开裂。因此，采取必要的措施，施工时减少原路地基的影响。优先采用抗滑稳定性能更佳的双向水泥土搅拌桩；

措施：复合地基处理路段优先打设河塘与坡脚范围内桩基，打设完成后再行清淤，严禁采用水冲、吸淤法等施工工艺，以防路基失稳；

严格控制路基填筑速率，填筑速率≤1m/月，加强施工时河塘路段沉降和侧向位移观测，实施监测动态设计；

重点关注既有道路地基很差、地基未处理或采用塑排板预压处理的河塘路段，必要时设置地下定喷墙（连续墙）、双轴搅拌桩止水帷幕、抗滑桩等处理措施。

沉降观测：

一般软土路段的观测，主要监测新填路基地表沉降和地表及地下深层水平位移的变化情况。观测工作由施工单位负责，现场的测试设备和标志也由施工单位严加保护。

监测布点基本原则：①测点布置时临空、桥头和小型构造物作为重点监测路段；②一般拼宽断面仅埋设沉降板；③河塘、地基土性差的路段，在路基单侧或两侧坡脚处设置测斜管，对路基稳定性进行观测；④沉降与位移观测点宜布置在同一横断面上。