高速公路改扩建工程加宽路基差异沉降试验

陆亚红

（华设检测科技有限公司,江苏 南京 210014）

0 引言

在高速公路改扩建工程建设施工中，为避免出现路基差异沉降、坍塌或断裂事故的发生，需要提前对加宽路基开展差异沉降的试验检测，确保加宽路基施工质量符合设计标准和通行要求。该文通过分析加宽路基差异沉降形成的内在原因，对加宽高填路基差异沉降标准进行设定，获取加宽路基差异沉降参数，采用加设反压法实现加宽路基差异沉降的控制，更好地对加宽路基结构均衡施工和对路基沉降控制，以期能够为同类工程施工提供参考。

1 高速公路加宽路基差异沉降检测分析

按照现行的高速公路建设施工标准及要求，高速公路路基在改扩建加宽过程中要严格控制新、旧路基间的差异范围。一般情况下，要求公路旧路基与改扩建加宽路基的路拱横坡度的工后增大值不能＞0.5%[1]。如果对路基差异沉降施工不当，会出现新加宽路基部分沉降值较小，但旧路基部分仍然会发生较大的沉降，从而导致整体路面的横向平整度较差，甚至还会出现路基折点、反坡以及凹形等问题。

1.1 施工质量导致路基差异沉降

在高速公路改扩建工程加宽路基施工期间发生的路基沉降现象，应对其沉降原因展开试验检测分析。为了充分了解加宽路基的差异沉降问题，施工单位在作业时会采取有效方法，对各个流程的施工作业实行严格管控，切实保障施工质量，避免发生沉降问题。

1.2 材料原因导致路基差异沉降

在路基施工期间若是出现了沉降情况，应对建设材料开展检查，根据工程施工需求检验建材质量能够符合标准要求，确保材料投入使用后能够确保其性能的发挥。要对各种施工原材料及性能参数进行详细比较，对材料的含水率、压实度、CBR等性能水平开展检测分析，避免因材料质量问题而引发施工路基产生沉降问题。

1.3 自然原因导致路基差异沉降

高速公路改扩建工程施工建设中，路基稳定性和施工现场地质状况存在较为紧密的联系，如果是施工地基土质具有较高的黏性，此类土质不易出现渗漏现象，却也会导致路基的大面积沉降；若是土质黏性较低，则在此种环境下容易出现渗水问题，即使出现沉降，也仅仅是局部性的；如果是路基周边水体比较丰富，路基在长时间遭受水体的冲荡作用下，就会使土壤之间的结合性大大减弱，进而引起地基开裂问题[2]；如果是不同气候下温度差相对较大，路基内部的温度变化会形成热胀冷缩和不均匀问题，容易引发路基形成裂缝。路堤压实度应符合表1中的标准要求。

表1 高速公路路基压实度要求

1.4 加宽路基施工压实度检测

高速公路改扩建中的加宽路基整体强度回弹模量和弯沉值都要达到铺筑路面底基层要求。但在具体的施工中，由于新、旧公路路基结合处台阶根部的压实工作施工难度很大，施工无法达到设计要求。压实度的准确性很难进行科学的测量，很多因素都会影响到它的最终测量结果，比如土质差异、压实遍数、水潮湿等，此时的改扩建路基很可能已经出现了形变，从而加大了路基原本的横向不均匀沉降问题，便会导致路面出现纵向裂缝[3]。路面压实度控制标准如表2所示：

表2 压实度控制标准

2 改扩建工程加宽路基差异沉降形成原因

高速公路改扩建工程中，由于原有的路基在受到长久运行及外部环境等因素影响下已经基本处于一种稳定状态，原有路基的固结与次固结沉降也早已形成，在通车荷载与路基自重的长时间作用下，软土地基中的水分早已排出完毕，土颗粒骨架间已基本无蠕变现象，路基结构和性能也处于稳定状态。而对于改扩建的新路基而言，其在施工阶段及运行一段时间之后都会发生一定的初始沉降（但主要还是会发生在施工阶段）、固结沉降以及次固结沉降，并且固结与次固结持续时间会比较久，直至高速公路运行一段时间后才会逐渐趋于稳定[4]。因此，在这类因素的影响和作用下，高速公路新、旧路基会因沉降程度的不同而在拼接处产生一定的错台现象，也就是差异沉降。

2.1 加宽路基差异沉降段连接缝隙问题

随着交通荷载压力的持续增加，沉降段路基如果无法持续完好地保持坚固状态，将会导致加宽路基出现大面积的变形或沉降，应有效缓解车辆在行驶过程中对加宽路基差异所产生的压力，保障高速公路的行车安全。高速公路改扩建工程新老路基施工参数值如表3所示：

表3 新老路基参数表

2.2 加宽路基差异沉降变形勘测分析

为了全面掌握高速公路新旧路基搭接处存在的差异沉降变形情况，施工过程中需要对其开展差异沉降变形的勘测工作。为减小测算的误差，一般利用横剖仪对高速公路路基沉降变形进行测量，其工作原理是将横剖仪插入新旧路基的横剖管内，通过观测横剖仪显示的数据判定出具体沉降数值。相较于其他路基差异沉降测量方法，横剖仪更有利于对路基差异沉降变形的勘测，读数更准确，稳定性也更好。在实际勘测过程中，一般来讲，新旧路基拼接位置沉降量最大，约为8.5 cm；新路基边坡位置沉降量最小，也达到了7.50 cm，而对横剖管的开挖、埋设则需要在填筑新路基约1 m左右的位置施工。最后，在完成路基填筑施工后，路基差异沉降曲线会趋于平缓，表明沉降趋于稳定。在对新路基的填筑施工中，横剖仪位置的竖向沉降会迅速增长，同时与新旧路基结合处位置相近，其沉降变化最大。完成各项施工之后，横剖仪埋设位置的沉降量均控制在10 cm以内，且每天沉降速率均在5 mm以下，可以满足规范要求。

3 加宽路基沉降试验检测方法分析

针对高速公路加宽路基所存在的差异沉降检测，一般采用小型物理模型对此进行试验检测是一种比较可行的办法。由于在岩土工程中，常用的土工离心模型实验可以解决由于模型本身的重量导致的应力低于原型以及模型材料具有明显的非线性特性而无法重现原型特点的难题。通过离心模型试验，研究高速公路改扩建施工中路基加宽处理施工工艺，采用有限元分析并与现场试验结果进行比较。对无加筋路堤以及不同加筋工况下的拓宽路基进行试验，研究各种工况下的路面沉降的具体分布情况，掌握新、旧路基差异沉降特征、路基内部变形特征以及相应管桩复合地基桩基的位移情况，有效提高高速公路改扩建施工中路基的稳定性和安全性。在对路基沉降分析中，采用分层综合法计算新加宽部分路基的地基总沉降量[5]，以无侧向变形条件下土的压缩量公式为基础，设定旧路基下的地基已趋于完全固结，参照《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）拟定新、旧路基结合部位沉降标准为工后沉降值应该≤10 cm[6]。

为了保证计算结果的准确性和科学性，应该在计算过程中对各项参数进行必要的检验，保证其有效性。如果原路基固结变形仍在继续，而地基出现明显的侧向变形的话，应该根据可反映路基侧向变形的二维理论进行沉降和固结变形值的计算[7]。该文以实际高速公路拓宽部分的路堤宽度8.5 m计算，经现场勘查测试分析得知，在高速公路路基填高后，其加宽路堤引起的旧路基横坡沉降数值如表4所示。

表4 路基填高后旧路基横坡变化数值表

3.1 水泥性能试验检测分析

针对加宽路基施工中所使用的水泥（即普通硅酸盐水泥）开展试验检测分析，采用的试验检测仪器设备包括电动勃氏透气比表面积仪（DBT-127型/SN48）、微机控制压力试验机（WHY-300/10型/SN49）、水泥净浆搅拌机（NJ-160A/SN33）、水泥胶砂搅拌机（JJ-5/SN34）、低温循环水浴（TDHWY-30/SN39）、沸煮箱（FZ-31A/SNO5）、水泥胶砂振实台（ZS-15/SNO7）、电子天平（JM-A20002/SN22）等。水泥检测的参数指标种类包括其密度（g/cm3）、细度（%）、比表面积（m2/kg）、标准稠度用水量（%）、凝结时间（min）、安定性（雷氏法）（mm）、胶砂流动度（mm）、抗折强度（MPa）以及抗压强度（MPa）。最后，检测的水泥样品所检参数都需要符合《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007）中所规定的普通硅酸盐水泥P·042.5的技术指标要求。

3.2 矿渣粉性能试验检测分析

针对加宽路基施工中所使用的矿渣粉开展试验检测分析，采用的试验检测仪器设备包括电动勃氏透气比表面积仪（DBT-127型/SN48）、微机控制压力试验机（WHY-300/10型/SN49）、水泥胶砂搅拌机（JJ-5/SN34）、低温循环水浴（TDHWY-30/SN39）、箱式电阻炉（2.5-10/JL22）、水泥胶砂振实台（ZS-15/SN07）、水泥胶砂流动度测定仪（NLD-3/SN11）、电子天平（JM-A20002/SN22）、分析天平（FA2004B/SN23）等。矿渣粉检测的参数指标种类包括其含水量（%）、密度（g/cm3）、比表面积（m²/kg）、流动度比（%）、三氧化硫（%）、烧失量（%）、活性指数（%）、氯离子（%）、碱含量（%）、游离氧化钙（%）、安定性（mm）以及氧化镁（%）。最后，检测的矿渣粉样品所检参数都要符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046—2017）S95的技术指标要求。

3.3 粉煤灰性能试验检测分析

针对加宽路基施工中所使用的粉煤灰开展试验检测分析，采用的试验检测仪器设备包括微机控制压力试验机（WHY-300/10型/SN49）、水泥胶砂搅拌机（JJ-5/SN34）、低温循环水浴（TDHWY-30/SN39）、箱式电阻炉（2.5-10/JL22）、水泥胶砂振实台（ZS-15/SN07）、水泥负压筛析仪（FYS-150B/SN10）、水泥胶砂流动度测定仪（NLD-3/SN11）、电子天平（JM-A20002/SN22）、分析天平（FA2004B/SN23）等。粉煤灰检测的参数指标种类应该包括其细度（%）、（45 μm方孔筛筛余）、比表面积（m²/kg）、烧失量（%）、需水量比（%）、三氧化硫（%）、（SiO2·Fe2O3·Al2O3）总含量（%）、含水量（%）、安定性（雷氏法）（mm）、密度（g/cm3）、游离氧化钙（%）、氯离子（%）、碱含量（%）、强度活性指数（%）以及氧化钙含量（%）。最后，检测的粉煤灰样品所检参数都要符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596—2017）F类Ⅱ级的技术指标要求。

4 结语

路基是公路工程的重要结构，其建设施工的质量会直接影响公路正常运行及使用寿命。针对高速公路改扩建工程中的加宽路基施工中，对加宽路基的差异沉降问题组织开展试验检测是非常有必要的，通过对路基结构的试验检测分析，准确判断路基结构是否符合技术指标，便于工程技术人员真实掌握加宽路基的质量状态及安全性能，进一步提高对加宽路基的施工水平，保证高速公路改扩建工程加宽路基的差异沉降值始终保持在合理范围，确保高速公路的通行安全。