沿海高速公路特殊节点路基变形监测研究

胡 健 王 坤

(1.江苏现代工程检测有限公司 南京 210000； 2.江苏现代路桥有限责任公司 南京 210000)

江苏省内沿海高速公路濒临黄海，沿线多数地区属海相沉积平原，区域地质情况复杂，地势低洼、河网密布、湖塘众多，区域内地下水位高，区域内的软土多为海陆交互相的厚层或超厚层软土(部分路段软土厚达30 m)，含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、黏聚力小、固结系数小是其较为普遍的特征[1-2]。沿海高速公路沿线软土层顶板埋深一般小于2.0 m，底板埋深大于12 m，为典型浅埋深厚软土地基，工程性质差。当时地基处理主要为预压固结方法、粉喷桩加固(主要用于桥头)，建造过程中多次出现路基变形病害。2005年11月盐城至南通段(大丰段)建成通车、2006年10月连云港至盐城段(连云港)建成通车，服役10余年来，沿海高速部分路段出现了不同程度的长周期沉降且不收敛，严重路段虽经多次加铺罩面专项养护，仍无法解决软土地基服役期长期沉降问题，增加了日常管养工作压力[3]。

鉴于上述，在“十二五”规划末期，针对服役期路基长周期持续沉降相对严重的典型路段，沿海高速公路管理公司开展了“既有高速公路软基竖向旋喷桩、侧向辐射注浆处治技术”的先导试验段工程，服役期高速公路路基沉降控制目标导向的路基结构性后加固工程先导实例研究与实践，为沉降变形不收敛现状路基结构性预防加固提供了示范和宝贵经验[4-9]。

1 沿海高速公路工后沉降分析

JTG D30-2015 《公路路基设计规范》指出路面设计使用年限内允许工后沉降值，高速公路、一级公路在桥台与路堤相邻处≤0.10 m，涵洞、通道处≤0.20 m，一般路段≤0.30 m。

沿海高速运营期路基沉降监测于2012年开始，2013年全部路面沉降标布设完成，截止监测2020年(12月)运营期约8年的路基沉降(包括2020年二期监测数据)，定义了设计“基准沉降”特征指标为各点的高程实测数据与竣工通车前的设计高程差值，可近似表征沿海高速公路路基工后累计沉降。同时，定义了运营期监测“沉降增量”，为2013-2020年运营期近8年的路基沉降累计实测值，用于分析沿海高速路基沉降历时演化规律。

1.1 沉降观测方案

根据2012-2017年观测数据，选择沉降速率超过了10～12 mm/年的路段，选择2011年至今高速路面病害集中且经过多次维养路段，以及采用高压旋喷桩、侧向辐射注浆和小导管注浆等结构性托换加固路段，“沿海高速公路重点路段典型断面路基变形监测(2018-2020)”项目中，路面沉降重点路段共8个，双向累计25 km，累计1 014个观测沉降标，2018-2020年沉降观测段落统计见表1。

表1 2018-2020沉降观测段落统计

重点路段观测频率为每6个月观测1次，每年观测2次。

1.2 沉降观测路段基准沉降分析

根据沿海高速竣工通车前设计高程基准值，基于2020年12月份第17次测点实测高程，绘制沿海高速公路2020年基准沉降表征的路基工后沉降的里程分布图，定义连云港至南通方向为连通方向，反之为通连方向，大丰段设计基准沉降分布图见图1。

图1 大丰段设计基准沉降分布图

由图1可见，大丰段(里程K1034+600-K1036+000)运营期内设计基准沉降一般小于450 mm，且相当部分沉降标的基准沉降大于300 mm，超过一般路段工后沉降控制标准。大丰段(里程K1033+000-K1033+300)连通方向，部分路段基准沉降接近800 mm，明显超过一般路段路基沉降工后沉降控制标准。因此，沿海高速公路建造时的软土地基控沉加固，部分路段未能达到设计要求。毋庸置疑，沿海高速局部路段日常管养多次集中罩面专项大修、个别路段采用软土地基控沉目标导向的结构性托换加固，与软土地基控沉质量偏低不无关系。

1.3 不同性质路段基准沉降统计

按路段不同性质(桥头连接段、过渡段、箱涵连接段、一般长路基段)，统计了沿海高速监测里程基准沉降水平关联的分布特征，设计基准沉降分路段统计量见表2。

表2 设计基准沉降分路段统计量

由表2可见，沿海高速桥头段累计31个沉降标，22个基准沉降满足工后沉降小于100 mm设计要求，有7处桥头基准沉降位于100～150 mm区间，沿海高速桥头连接段工后沉降控制符合要求。桥头过渡段累计199个沉降标，基准沉降超过200 mm工后沉降阈值累计26个，占同性质路段的13%，其中连通方向约18个沉降标、通连方向约8个沉降标基准沉降超过200 mm。箱涵连接段累计31个沉降标，基准沉降超过200 mm的有2个，其中1个超过300 mm，占同性质路段的6%。一般路段累计沉降标297个，基准沉降超过300 mm累计30处，占同性质路段的10%。

综合上述沉降标点位的基准沉降数据，沿海高速公路不同性质路基段的工后沉降控制水平，符合不同性质路基沉降标准并且协配良好。其中，桥头连接段和小型构造物连接段工后沉降控制良好。但是，桥头过渡段和一般路基段部分测点基准沉降超过设计控制值300 mm，测点占比分别达到7%和10%，一般路段沉降控制水平相对更差，不同路段设计基准沉降分布特征图见图2。

图2 不同路段设计基准沉降分布特征(沉降单位：mm)

2 运营观测期沉降增量分析

2.1 实测沉降增量统计

沿海高速运营期路基沉降监测(2013-2020年)，运营期8年的路基沉降“沉降增量”特征指标，沿里程分布特征，大丰段测点沉降增量分布图见图3。

图3 大丰段测点沉降增量分布图

由图3可见，近8年连续路基沉降监测的沉降增量一般小于80 mm，平均沉降速率<12 mm/年。但是，大丰段(里程K1033+000-K1033+300)实测沉降增量约180 mm。此外，实测路基沉降增量的里程分布特征，基本与基准沉降分布特征一致，验证了基准沉降作为工后沉降相对控制水平评价的合理性。

2.2 沉降增量区间统计

本文根据观测数据，分区间统计了运营观测期约8年(2013-2020年)的路基沉降增量，统计表见表3。

表3 观测期沉降分路段沉降增量统计表

由表3可见，桥头连接段，除连通方向1个点位外，运营期沉降增量均小于20 mm，沉降控制良好。箱涵连接路段除5个点位外，其余点位沉降增量小于20 mm，沉降控制相对良好。桥头过渡段观测期内连通方向43个路面沉降标，通连方向17个路面沉降标的沉降增量超过20 mm，占相同性质路段的30.2%，特别是连通方向4个沉降标的沉降增量超过80 mm，说明对应代表路段的沉降控制不良。一般路段在运营观测期内沉降增量超过30 mm的点位共计119个，占同性质路段的42.7%，沉降增量超过80 mm的点位26个，说明一般路段的沉降控制相对较差。

故总结分析认为，沿海高速3类不同性质路段路基沉降控制，桥头段优于连接段箱涵段；连接段箱涵段明显优于一般路段，路基沉降控沉水平纵向分布具有路基性质显著关联特征，反映了原有路基地基沉降控制施工图设计的良好效果，观测期内沉降增量统计图见图4。桥头连接段、桥头过渡段、一般路段、箱涵路段沉降标沉降增量统计分布图分别见图5～图8。

图4 观测期内沉降增量统计

图5 桥头连接段沉降标沉降增量统计分布图

图6 桥头过渡段沉降标沉降增量统计分布图

图7 一般路段沉降标沉降增量统计分布图

图8 箱涵段落沉降增量分布统计

3 结论

沉降观测是判断路面沉降收敛最直观的方法，根据现场情况更新和加密了观测点位，按照实施方案测得了沿海高速布设的路面沉降标最新监测数据，进一步补充了沿海沉降数据库，结合前期(2012-2017)的数据，可得出如下结论。

1) 沿海高速公路运营期路基沉降发展一般小于80 mm，路基沉降总体可控，但路基沉降长周期历时发展的收敛特征不明显，与传统主固结压缩沉降收敛的特征相悖。

2) 沿海高速K1033+000-K1033+300路段的实测沉降增量普遍偏高，且与设计标高基准沉降揭示规律一致。

3) 沿海高速路基纵向不同性质路段，桥头优于连接段箱涵段；连接段箱涵段明显优于一般路段，路基纵向控沉整体协配良好，说明粉喷桩对控制沉降有较好效果。