旧有道路拓宽路基不均匀沉降分析与控制技术研究

班振东，李肖华，李建飞，王立勇，李正贵

摘 要：随着城市旧有道路的改建和扩建工程大量增加，改建或扩建后的道路新旧路基结构存在差异，若不对路基进行相应的处理，将会造成新旧路基的不均匀沉降，从而导致路面开裂等问题。以某城市旧有道路的拓宽工程为背景，着重分析新旧路基之间不均匀沉降的机理，监测试验段路基沉降情况，并提出施工质量控制措施，为后续类似工程提供参考。

关键词：城市道路；拓宽改建；不均匀沉降；沉降监测；沉降控制

中图分类号：U416.1                               文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）10-0020-03

0 引言

新旧路基不均匀沉降将影响扩建工程的工程质量，对后续的道路运营造成不利影响。为了从根本上解决路基沉降不均匀问题，需要对实际工程进行具体分析，明确新旧路基不均匀沉降的机理，并且时刻注意施工过程中的路基沉降情况。基于此，研究和探索更有效的沉降控制技术，使其工程质量得到保证，延长工程的生命周期[1]。

1 工程概況

某城市旧有道路建成于20世纪80年代，原设计为双向四车道，线路全长24.7 km。由于该城市道路作为片区内连接东西走向的一条交通性主干路，以集散交通和过境通行为主，服务功能为辅，是该片区内最重要的骨架路网之一。为了加强该道路对于该片区的交通疏散能力、加强主城区与外界的联系、推进该片区发展。拟对该城市旧有道路进行拓宽改建，加宽后为双向六车道，设计速度为60 km/h，加宽类型为双侧加宽，使用挖台阶分层回填施工的加宽方法。

1.1 工程地质

拟建工程场地属于构造剥蚀浅丘地貌，线路跨越多条浅丘及冲沟，场地地形起伏变化较大，现地面标高约326.00～388.00 m，相对高差最大为62.00 m。另在沿线已有道路、村庄、砂石场、民房及其附近地段发生挖填活动，原始地形已有较大改变，其余地段基本多保持原始地形地貌。施工场地附近自然环境良好，无严重污染，水和空气无大的污染源，拟建场地所处环境较好，有多条道路可到达场地。

1.2 气象水文

施工场地气候类型为准亚热带湿润气候，气候温和，年平均气温为16.9℃，年平均降雨量为1 000～1 200 cm，全年75%以上的降雨量都集中在6～9月，12～4月雨量很少，年平均相对湿度为78%。

2 新旧路基不均匀沉降机理分析

城市旧有道路拓宽后，新旧路基的沉降将存在差异，尤其是在加宽结合部位。新拓宽的路基将产生较大的沉降，而旧路基沉降量相对较小。这是由于旧路基已经投入运营较长时间，自身固结沉降早已趋于稳定。道路拓宽虽然对旧有路基上部的荷载造成了影响，使其上部的荷载发生了变化，但荷载变化造成的沉降很小[2]。新、旧路基自身存在的压缩变形不同，在结合处的衔接状态不佳，黏土填料有较长的固结时间。旧有路基在行车荷载和自重作用下的压缩变形已经稳定，而新路基的压缩变形还没有稳定下来，所以新路基会产生更大的竖向沉降，使路面结构产生不均匀的沉降，从而导致开裂等问题[3]。因此，在旧有道路拓宽改建工程中，需要采取有效措施加固路基，以避免严重的不均匀沉降发生。

3 施工方案验证

3.1 试验路段选择

为了保证城市旧有道路拓宽工程施工质量，并有效控制不均匀沉降，需要在正式施工之前选择一段路段进行试验，验证施工方案是否合理，确定施工方法及各项参数。

在公路的左幅和右幅各选取300 m作为试验路段。采用双侧加宽的方式对试验路段进行素土填筑拓宽施工，路基填筑高度为8 m，并确定了松铺系数、碾压遍数和施工机械组合等参数。

3.2 路基素土填筑试验

素土填筑试验中，单层素土填料松铺厚度范围为（30±1） cm，控制含水率在最佳含水率±1%的范围内，并且在实际施工过程中严格控制填料的含水率。

对素土填筑路基进行压实试验，对压实度与碾压遍数的关系进行统计，试验结果见表1。

通过对试验路段的反复试验，确定（30±1） cm的厚度是单层素土填料最佳填筑厚度，最佳含水率为14.5%。在碾压次数为2、3、4、5次时的平均密实度依次为88.34%、92.18%、94.4%、95.44%。碾压次数从2次到3次、3次到4次、4次到5次的增幅依次为3.84%、2.22%、1.04%。

从上述分析可以看出，素土的压实度随着碾压次数的增加而增大，但是增大幅度随着碾压次数的增加而减小，因此增加碾压次数在一定范围内能够有效地提高路基地压实度。由于试验段路基填层压实度设计标准要求压实度不小于95%，故对填土进行5次碾压即可满足标准要求。

4 新旧路基结合处沉降监测分析

4.1 观测点布置

本文在试验段内选取两个监测断面监测路基沉降情况，这两个断面分别位于路基填筑断面的两侧。在每个监测断面处，都需要布置沉降管与沉降板在旧路基、新路基、新旧路基结合处的监测点上进行监测[4]。具体监测点布置图如图1所示。

对旧路基进行沉降监测是为了分析施工和施工后旧路基荷载变化对旧路基本体造成的影响。观测点布置在距新旧路基交接处20 cm的旧路基上[5]。新路基监测点位于新路基的中心位置。新旧路基结合处的监测点位于台阶上。

4.2 沉降监测结果分析

4.2.1 旧有路基顶面沉降监测结果

对选定的监测路段进行旧路基的监测数据分析，整理了两个断面的监测结果，绘制出曲线图如图2所示。由图2可得，旧路基沉降量较小，最大沉降值为0.366 cm，平均值为0.337 cm。观测的前60 d沉降增长速度较快，60 d之后则逐渐减慢，最后趋于平缓。监测结果表明，路基拓宽后，对旧路基影响较小，整体路基质量不会受到明显影响。

4.2.2 新路基沉降监测结果

对选择的两个横断面进行新路基沉降监测，监测点位布置在新路基中心处，记录左、右两侧路基随填筑高度和时间的变化数据，绘制出曲线图如图3所示。由图3可得，随着填筑高度增大和时间的推移，新路基累计沉降量增大，最大沉降量为1.347 cm，沉降量平均值为1.077 cm，沉降量大，路基有产生纵向裂缝的可能。

4.2.3 新旧路基结合处沉降监测结果

对选择的两个横断面的新、旧路基结合处进行沉降监测，記录左、右两侧对应位置的路基随填筑高度和时间的变化数据，绘制出曲线图如图4所示。由图4可得，60 d之前，随着填筑高度增大和时间的推移，新旧路基结合处累计沉降量增长速度较快，60 d以后的沉降量趋于平稳。新旧路基结合处的最大沉降量为0.624 cm，沉降量平均值为0.553 cm，均处于规范允许范围内，不会对路基产生不良影响。

5 新旧路基不均匀沉降控制技术

在进行路基拓宽技术选择时，应对需要拓宽的道路情况进行前期调查，了解拓宽路段的地质情况，分析道路性质和实际施工条件，从而制定出可行的施工方案，确保路基产生不均匀沉降时，能被及时发现和处理。

常见的拓宽路基处理技术有换填法、抛石挤淤法以及排水固结法等。为解决新旧路基沉降不均匀的问题，填筑时可尽量选用与旧路基相同的填料。通过提高路基的压实度，严格遵守现行公路路基设计规范，确定合适的压实参数，从而提高路基的衔接水平，以保证新旧路基的衔接效果。

在采用台阶开挖拼接技术时，需要根据工程要求，选择合理的形式对台阶进行开挖。例如：标准台阶就是在旧路基结构削坡后，通过边坡的实际情况来确定台阶的宽度和高度，其优点是方便开挖，缺点是台阶的实际施工宽度和高度往往达不到设计要求。

由于导致新旧路基产生不均匀沉降的因素较多，在选用沉降控制技术时，还应结合多种技术对实际控制方案内容进行细化，减少出现不均匀沉降问题的概率。

6 结束语

通过验证试验路段路基填筑的施工方案，分析压实度与碾压次数之间的关系，确定施工时的机械组合与施工参数，为实际施工做好各项前期准备工作。选择两个横断面进行沉降监测，分析旧路基以及新路基、新旧路基结合处的沉降监测数据可得，路基沉降量随时间的增加而增加，但增加速度随时间的增加而减小。对比3个监测位置的沉降量可得，新路基的沉降量最大，需要对新路基采取一定的不均匀沉降控制技术，如增加碾压次数、使用土工合成材料、使用加筋土等工程方法，确保道路扩建工程能够成功实施。

参考文献

[1] 杨文超，李果.新旧路基不均匀沉降分析与控制技术研究[J].中国设备工程，2021（22）：251-253.

[2] 刘光明.软土地基市政道路加宽工程路基差异沉降特性及处治措施综述[J].中外公路，2018，38（2）：45-48.

[3] 王楹，姚占勇，张昊.强夯加固公路路基的工后沉降分析[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（3）：169-174.

[4] 蒋玮.高速公路改扩建路基加宽段沉降监测分析[J].西部交通科技，2020（7）：53-55.

[5] 吕双全.新旧路基不均匀沉降分析与控制技术研究[J].山东交通科技，2019（2）：63-65.