某公路擴(kuò)建工程拼接路基差異沉降分析

劉仕焜（福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福州350100）

某公路擴(kuò)建工程拼接路基差異沉降分析

劉仕焜
（福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福州350100）

為了解公路擴(kuò)建工程中軟基路段新、舊路基變形特性和沉降規(guī)律，分別采用精密水準(zhǔn)儀和剖面沉降儀對(duì)新、舊路基沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，舊路基沉降量較小，基本趨于穩(wěn)定，從新舊路基搭接處至新路基邊沿處，路基沉降呈加速趨勢(shì)，新路基邊沿沉降量最大。分析結(jié)果可為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

公路擴(kuò)建工程路基監(jiān)測(cè)差異沉降

1 引言

某高速公路位于沿海地區(qū)，地基多為河相、海相或?yàn)a湖相沉積層，地基土體類別多為淤泥、淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)亞粘土等，具有含水量高、孔隙比大、低密度、低強(qiáng)度、高壓縮性、低滲透性等特點(diǎn)。擴(kuò)建工程中，原路己經(jīng)運(yùn)營近10年，老路部分的地基和路基變形已相對(duì)完成，沉降己經(jīng)或基本穩(wěn)定，而對(duì)于新拓寬部分，尤其是在軟土地基上修建高速公路，路基路面恒載和車輛活載作用下，軟土地基的固結(jié)變形和新填路基的壓密變形將產(chǎn)生很大的工后沉降，導(dǎo)致新舊路基間的較大的不協(xié)調(diào)變形。由于新舊路基的地質(zhì)條件和軟基處理方式存在較大的差異，同時(shí)由于拼接荷載的影響，若處理不當(dāng)將會(huì)引起新舊路基間的不均勻沉降，在新舊路基結(jié)合處產(chǎn)生拉應(yīng)力，極易導(dǎo)致路面的開裂。為了解新建公路施工過程中和工后路基橫斷面方向的沉降特征，需要借助監(jiān)測(cè)手段對(duì)路基在施工階段和運(yùn)營階段進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，掌握新舊路基的沉降特征和規(guī)律，為施工提供參考，減少新舊路基的差異沉降。

2 監(jiān)測(cè)方法

2.1 舊路基沉降監(jiān)測(cè)方法

通過埋設(shè)水準(zhǔn)尺墊做觀測(cè)點(diǎn)，采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量各水準(zhǔn)點(diǎn)高程，每次測(cè)量高程與初次高程相比較，計(jì)算每次累計(jì)沉降值。水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在就近結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)或涵臺(tái)的混凝土基礎(chǔ)上，觀測(cè)點(diǎn)用水泥砂漿將其固定在路肩和中央分隔帶邊沿上。

對(duì)分離式路基，觀測(cè)點(diǎn)分別布設(shè)在左、右側(cè)硬路肩外側(cè)，對(duì)整體式路基，除左、右側(cè)硬路肩外側(cè)，增設(shè)中央分隔帶（左或右側(cè)，僅一側(cè)）路緣帶外側(cè)觀測(cè)點(diǎn)，

2.2 擴(kuò)寬路基沉降監(jiān)測(cè)方法

為了了解擴(kuò)建工程中新、老路基整個(gè)橫斷面的變形特性和沉降規(guī)律，通過在路基施工初期預(yù)埋沉降管，如圖1，采用剖面沉降儀進(jìn)行測(cè)量。與沉降樁法、沉降板法和沉降杯法相比，使用剖面沉降儀進(jìn)行沉降測(cè)量主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：①精度高。每次讀數(shù)誤差小于0.1mm，10m水平距離測(cè)試的累積誤差小于1mm；②操作方便。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)（探頭、電纜及拉線、記錄儀）可一人攜帶，移動(dòng)方便，測(cè)試操作一人即可；③可以測(cè)量整個(gè)斷面的沉降曲線。除此之外，該方法不影響施工，不破壞上部結(jié)構(gòu)的完整性，可連續(xù)測(cè)讀結(jié)構(gòu)物下部的地表沉降量，而且不受外界環(huán)境影響，避免了采用其他測(cè)量方法容易受施工破壞及干擾施工等缺點(diǎn)的影響。

圖1 新路堤沉降管埋設(shè)

3 新舊路基沉降結(jié)果分析

3.1 舊路基沉降結(jié)果分析

本次舊路監(jiān)測(cè)段落主要包括K307+200～K308+171、K308+570～K309+250、K343+495～+600、K344+010～+480、K344+599～K345+250。以下針對(duì)K307+200～K308+171路段進(jìn)行舊路沉降分析。根據(jù)勘察資料，該路段地基主要為淤泥，埋深為4～6m，淤泥厚度為2～5m，填土高度4～6m，下臥層為砂質(zhì)粘性土、粘土，表層硬殼層為粘土、素填土、亞粘土。其中K307+671～+793路段淤泥埋深為8m，厚度為6m。原有高速公路軟基處理方案為砂墊層+塑料排水板+等載預(yù)壓，橋頭段落采用超載預(yù)壓處理，涵洞反開槽施工。

圖2和圖3分別為K307+200～+255段落和K307+ 275～K308+171段落累計(jì)沉降平均值—時(shí)間曲線。分析監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：施工期，2008年5月～2010年4月，K307+ 200～+255路段累計(jì)沉降平均值為0.96mm，單個(gè)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)沉降達(dá)2.14mm，累計(jì)沉降較小，路基基本穩(wěn)定，如圖3所示。2008年5月～2009年5月，K307+275～K308+ 171路段，累計(jì)沉降平均值為7.47mm，其中K307+640～K308+171沉降最為明顯，累計(jì)沉降平均值為13.12mm，單個(gè)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)沉降達(dá)22.82mm；2009年5月～2010年4月，路基基本穩(wěn)定，累計(jì)沉降平均值為6.67mm，單個(gè)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)沉降為23.72mm，如圖3所示。

圖2 K307+200～+255累計(jì)沉降平均值—時(shí)間曲線

圖3 K307+275～K308+171累計(jì)沉降平均值—時(shí)間曲線

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知：舊路大部分老路地表沉降較小，累計(jì)沉降平均值小于3mm，路基基本穩(wěn)定。局部路段存在小幅沉降，目前已基本穩(wěn)定。

上述說明，某高速公路舊路基沉降總體較為穩(wěn)定，但部分路段局部還存在一定程度次固結(jié)沉降，同時(shí)，在路基拓寬施工的影響下，老路地表存在不同程度加速沉降，為此，需要結(jié)合新路基沉降觀測(cè)結(jié)果，分析沉降規(guī)律，預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方案。

3.2 新路基沉降結(jié)果分析

在舊路監(jiān)測(cè)段落不同位置對(duì)新路基共布設(shè)了16個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。以下針對(duì)YK307+400斷面新路基沉降進(jìn)行分析，其累計(jì)沉降量橫斷面分布圖、累計(jì)沉降—時(shí)間關(guān)系曲線分別如圖4和圖5所示。

該監(jiān)測(cè)斷面于2010年5月初埋設(shè)，5月13日開始監(jiān)測(cè)。沉降管管端外露長度為1.0m，管離原地面約1.5m，管上覆土層厚約0.3m；2010年8月9日監(jiān)測(cè)時(shí)，管上覆土層厚約1.0m，路基施工已完成。從圖4和圖5中可以看出，2010年5月13日～2010年8月9日，由于路基暫停施工，路基沉降相對(duì)較小，最大累計(jì)沉降發(fā)生在新舊路基搭接處，累計(jì)沉降量為44.49mm，沉降速率為0.51mm/ d；2010年8月9日～2010年9月21日，由于路基繼續(xù)填筑施工，新路基邊沿至新路基中央沉降速率增大，最大沉降發(fā)生在新路基邊沿，最大累計(jì)沉降量由32.06mm增至117.49mm，沉降速率為1.99mm/d，新舊路基搭接處沉降較小，最大累計(jì)沉降為46.06mm，沉降速率為0.04mm/d，沉降微小。

上述分析可知，該監(jiān)測(cè)斷面新舊路基搭接處路基開始趨于穩(wěn)定，從新舊路基搭接處至新路基邊沿處，路基沉降呈加速趨勢(shì)，新路基邊沿沉降量最大，沉降速率也最大。路基未穩(wěn)定，橫斷面不均勻沉降大。

圖4 不同時(shí)間累計(jì)沉降量橫斷面分布圖

圖5 斷面累計(jì)沉降-時(shí)間關(guān)系曲線

4 新舊路基差異沉降規(guī)律

通過對(duì)新舊路基沉降結(jié)果進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明：（1）新舊路基搭接處路基沉降量較小，沉降速率也較小，并開始趨于穩(wěn)定，從新舊路基搭接處至新路基邊沿處，路基沉降呈加速趨勢(shì)，新路基邊沿沉降量最大，沉降速率也最大。該類路基橫斷面不均勻沉降大，路基不穩(wěn)定。

（2）新舊路基搭接處至新路基中央沉降基本一致，沉降量較小，沉降速率也較小，新路基邊沿側(cè)路基沉降量大，沉降速率也較大，且在路基施工期間，沉降速率不減反增。該類路基橫斷面存在較大不均勻沉降，路基沉降不穩(wěn)定。

（3）新舊路基搭接處至新路基邊沿沉降基本一致，新路基邊沿側(cè)稍大。但總體沉降量不大，沉降速率較小。該類路基橫斷面方向存在較小的不均勻沉降，路基沉降開始減小。

（4）開始最大沉降出現(xiàn)在路基中央處，后期新舊路基搭接處沉降增大，沉降速率加快，而新路基中央至新路基邊沿開始趨于穩(wěn)定。該類路基總體沉降和沉降速率較小，但存在較大的不均勻沉降。

5 新舊路基差異沉降原因分析

通過監(jiān)測(cè)、類似工程經(jīng)驗(yàn)比較和理論分析，認(rèn)為新舊路基產(chǎn)生差異沉降的機(jī)理可總結(jié)為以下幾方面：

（1）新路基施工時(shí)，原路己經(jīng)運(yùn)營了一段時(shí)間，在原路堤荷重的作用下，地基土已經(jīng)基本或完全固結(jié)，地基的物理力學(xué)性質(zhì)有極大改變，特別是軟土地基，強(qiáng)度明顯提高，即使是還未完全固結(jié)穩(wěn)定的段落，地基土的性質(zhì)也有了較大的改善，在同等荷載作用下，加上荷載相對(duì)位置的影響，相對(duì)于拓寬地基，將發(fā)生一定的沉降增量，進(jìn)而引發(fā)新舊路基間差異沉降的產(chǎn)生。

（2）監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在路基已經(jīng)填筑一定高度的路堤上埋設(shè)沉降管進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，在壓路機(jī)和過往施工車輛的動(dòng)荷載作用下，新路堤邊沿側(cè)路堤本身容易產(chǎn)生側(cè)移下滑，沉降明顯大于其他部位，加速了新路基邊沿側(cè)不均勻沉降。

（3）拓寬路基施工質(zhì)量難以控制，往往不加調(diào)整地將普通高速公路的路基施工方式應(yīng)用于路基拓寬工程中，會(huì)造成路基碾壓不均，施工質(zhì)量難以滿足要求，導(dǎo)致路基容易產(chǎn)生不均勻沉降。

（4）新舊路基結(jié)合部位工藝復(fù)雜，施工難度大，往往在此產(chǎn)生人為的質(zhì)量不合格因素，如壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、開挖臺(tái)階沒達(dá)到設(shè)計(jì)要求、老路邊坡沒有處理完全等，由于各種施工原因造成的結(jié)合部強(qiáng)度不足，導(dǎo)致新舊路基搭接處沉降量大。

（5）由于新舊路基修建歷史、填料、軟基處理方式和壓實(shí)度的差異，造成新舊路基性質(zhì)的不同，容易產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形。

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