高速公路路基施工质量控制及沉降观测分析

2022-09-30韦雪娟

西部交通科技 2022年6期

韦雪娟

(广西交科工程咨询有限公司，广西南宁 530007)

0 引言

近年来，随着我国高速公路的大规模发展，公路建设逐渐延伸至水文地质复杂地区，工程难度也越来越大[1]。路基作为公路工程中的基础承重结构，其施工质量直接影响高速公路的承载能力和使用寿命[2]。因此，针对地质情况复杂地区的高速公路建设进行施工质量监测，对于保证道路的安全稳定性具有重要意义[3-4]。

目前，国内外学者关于路基施工质量和沉降观测展开了大量研究，如李新春等[5]研究了盐渍土的物理特征，探索了其危害性，为科学设计盐渍土路基提供合理的质量管控方式，对盐渍土地区施工提供更有实践价值的方案。刘志强[6]对云湛高速公路(新阳段)高路堤顶沉降、坡脚水平位移及隆起量进行监测，结合项目概况、施工进度及控制标准，分析了填土高度对累计沉降量-时间曲线的影响。何雄刚[7]阐述了软土路基的工程特点和处治方法，研究了软土路基沉降观测与数据处理内容，认为采用抛石挤淤和土工格栅相结合的处治方式可有效提高软土路基的承载能力。张军辉等[8]选取典型地质区段10个不同断面，采用沉降板法监测施工过程中4组路基沉降数据，分析填方路基不同时间的沉降规律，对比了不同路基的沉降关系。由于我国地质地形条件相对比较复杂，公路建设应根据地区特性采用适宜的施工方式，以保证公路质量和稳定性。基于此，本文以我国南方山区某高速公路施工为研究对象，针对特殊地质条件下的路基施工质量控制要点进行了阐述，并针对路基施工过程中的沉降变化情况进行了监测分析，最终保证路基施工的顺利完工及工程质量。

1 工程概况

某高速公路项目位于我国南方地区，线路设计长度为27.8 km，车道设计为双向四车道，最高行驶速度为100 km/h，路基总宽度设计为24.5 m，路面行车道宽2×7.5 m，中央隔离带宽2.5 m，紧急停车带宽2×2.5 m。路基左面设计边坡比为1∶2，右面边坡比为1∶1.5。路基封层采用石灰土，包边采用普通黏土。该地区属于亚热带气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，受季风影响明显，容易给工程施工进度带来影响。根据地形勘测结果显示，部分路段处于高山、峡谷等地形复杂地带，填方高度最高达到17 m，丘陵地带地形左高右低，山坡较陡，坡长最长达175 m，坡度最大为32.1 m。该路段路基土层从上到下主要分为：素填土层，厚度为1.4～2 m；粉质黏土层，厚度为1.8～3.6 m；淤泥质土层，厚度为3～9.5 m。路基采用桩径为0.5 m的碎石桩处理，长度为15 m，布置间距为2 m，呈梅花形布置。路基截面设计如图1所示。

图1 路基截面设计示意图

2 施工质量控制

在正式施工前应严格做好施工组织、人员安排、机械部署、填土试验、路基处理以及技术核查等准备工作；清场工作完成后，确定施工场地与原地面的左右坡度为1∶2和1∶1.5；在填筑前需对土质相对松散位置进行压实。具体施工流程如下。

(1)填土：路基填土优先选择现场挖土方，挖土方不足时可从土场取土，并严格按照相关设计要求进行填土试验，以保证填土参数达到相关标准。填筑完成后，采用取土试验来测试填筑效果，以保证压实度达到设计要求。

(2)摊铺、整平：依次采用推土机和平地机对路面进行初平、终平处理。在摊铺前，需将路面调整为两侧倾斜状态，横向排水坡的倾斜度在2%～4%，以保证路面的排水效果。

(3)洒水、晾晒：在填筑前，采用洒水、晾晒方式保证填土的含水量为最佳状态，即在2%～3%。

(4)土工格栅：土工格栅采用平铺方式，平整铺设在压实后的中粗砂层，搭接宽度需>20 cm，纵向间隔为1 m，铺设层数为2层。

(5)碾压：采用振动压路机先对路面边缘进行碾压，再碾压中间路面，纵向碾压控制重叠范围≤1 m，横向碾压控制重叠范围为30～50 cm。均匀碾压，避免偏压和漏压情况。

3 监测方案设计

由于该路段地形地质条件较为复杂，路基的沉降量和沉降速率均难以估计，因此需对施工过程中的路基沉降进行严格把控。监测内容主要包括：填筑过程中坡脚路基沉降、路基水平位移量及路基沉降，施工完成后路基底部、桩体的沉降量及沉降速率。

3.1 监测布置

本次监测仪器主要采用沉降观测桩、沉降板和精密水准仪等埋设仪器，需按照设计要求定位精准，做好保护措施，并定期检查，共布置24块沉降板和16根观测桩。

(1)沉降观测桩由直径为20 mm的钢筋构成，其埋设点周围15 cm范围采用砂浆固定，高度为30 cm，上部半球形钢头露出表面长度≥5 mm，并做好防锈处理，其截面结构如图2所示。

图2 沉降观测桩示意图(mm)

(2)沉降板由钢板、金属测管和塑料套管组成，钢板尺寸为50 cm×50 cm，金属测管直径为40 mm，塑料套管直径为60 mm，套管单节高度≤1 m。测量所用精密水准仪精度控制在1 mm，读数精确到0.1 mm。沉降板结构如图3所示。

图3 沉降板结构示意图

3.2 监测频率

根据相关规范要求以及现场施工情况，确定该项目观测频率为：填筑阶段一般每天观测1次，沉降量发生突变时，每天观测2～3次，若两次填筑间隔较长，可每3天观测1次。路基施工完成后3个月内，每5 d观测1次，3～6个月内，每7～15 d观测1次，6个月以后，每月观测1次，共监测12个月。

4 结果与分析

根据《公路软土路基路堤设计与施工技术细则》(JTG/T D31-02-2013)规范要求，路基累计沉降量要<300 mm，填筑阶段路基沉降速率≤10 mm/d，路基坡脚沉降速率≤5 mm/d。为保证该项目路基沉降满足设计要求，针对路基关键位置进行为期1年的沉降观测，并对试验数据进行统计分析。

4.1 路基沉降量分析

随机选取某段路基左侧、右侧及中部位置沉降板1年内的沉降数据进行分析整理，得到路基关键截面沉降量变化曲线如图4所示。

图4 路基关键截面沉降变化曲线图

根据图4可知，在监测周期内，路基顶面左侧、中部及右侧的沉降变化曲线大致相似，且整体沉降差异较小，说明在施工过程中路基未出现沉降不均匀的情况。在路基填筑初期，路基顶面左侧、中部及右侧的最大沉降量分别为22 mm、21 mm和19 mm，路基两侧最大沉降量相差仅3 mm。填筑中期的路基沉降量有所减小，原因是路基填方相对较小，且填筑过程相对缓慢。在填筑后期，由于路基填方较大，荷载增幅显著，导致路基沉降量开始急剧提升，路基顶面左侧、中部及右侧的最大沉降量依次增长为21 mm、19 mm和22 mm，但路基两侧最大沉降量仍相差不大，说明路基整体沉降比较均匀。监测周期结束后，路基顶面左侧、中部及右侧的最终累计沉降量分别为204 mm、185 mm和196 mm，均小于规范要求的300 mm。

4.2 基底沉降速率分析

针对1年内路基各观测点的沉降数据进行整理分析，并分别计算出不同时期基底各观测点的沉降速率，得到基底沉降速率变化曲线如图5所示。

图5 基底沉降速率变化曲线图

根据图5可知，随着监测时间的增长，路基基底沉降速率≤5 mm/月和≤2 mm/月的观测点百分比均不断增大，说明路基基底整体沉降状况良好。在监测初期，路基基底沉降速率≤5 mm/月的测点达到59%，≤2 mm/月的测点达到51%；而到达监测中期后，路基基底沉降速率≤5 mm/月的测点增至84%，≤2 mm/月的测点增至73%，基底测点沉降速率达标率增幅较为明显；监测周期结束后，路基基底沉降速率≤5 mm/月的测点可达到100%，≤2 mm/月的测点可达到97%，基底测点沉降速率达标率较高。综合来看，在整个施工周期内，路基基底的沉降速率均满足规范设计要求，不会对路基填筑和路面施工产生影响。

4.3 位移桩沉降速率分析

针对1年内路基坡脚外侧各位移桩的水平位移值进行整理分析，并分别计算出不同时期各位移桩的沉降速率，得到路基坡脚测点达标百分比变化曲线如图6所示。

根据图6可知，随着监测时间的增长，路基坡脚测点沉降速率≤5 mm/月和≤2 mm/月的测点达标百分比均呈增大趋势，说明路基坡脚水平位移状况良好。在监测初期，路基坡脚约62%的测点满足沉降速率≤5 mm/月的设计标准，55%的测点满足沉降速率≤2 mm/月的设计标准；而到监测中期后，路基坡脚约83%的测点满足沉降速率≤5 mm/月的设计标准，75%的测点满足沉降速率≤2 mm/月的设计标准；监测周期结束后，路基坡脚约100%的测点满足沉降速率≤5 mm/月的设计标准，96%的测点满足沉降速率≤2 mm/月的设计标准。综合来看，在整个施工周期内，路基坡脚测点沉降速率达标率较高，路基坡脚的水平位移增长速度基本满足规范设计要求。