拼寬路堤沉降變形現場測試與分析

馬昕宇

（山西省交通建設工程監理有限責任公司，山西 太原 030012）

一、概述

隨著經濟的高速發展，原有的高速公路設計通行能力已經逐漸不能滿足車流量發展的需要，道路改擴建是提升道路等級或提高通行能力的常用方法，而路基拼寬是改擴建的重要環節。舊路改擴建后，由于舊路路基已經沉降多年，處于基本穩定的狀態。而新建路基沉降時間短，新舊路基銜接處必將產生不均勻沉降的現象，如果這種不均勻沉降引起的路面結構層內附加應力超過了材料的抗拉強度或界面強度，則容易在新舊路基銜接位置產生縱向裂縫，導致路面病害。因此，進行高速公路改擴建時，有必要對路面采取相應的監控措施并對其進行分析。

在山西省第一條改擴建高速公路——長邯高速公路改擴建中，對K741+500斷面進行了長期的沉降監測和地基水平位移監測，根據監測結果分析了拼寬段不同填筑高度時地基的變形規律，并得出填筑完成后地基變形隨時間變化的規律，為準確把握路面施工的時機提供了依據，并據此對路基拼接質量做出評估。

二、拼寬路堤變形現場測試方案

（一）地基沉降監測

1、地基沉降監測方法

地基沉降的監控采用橫剖管—綜合測試儀進行。具體做法是將橫剖管埋設在新填路堤的底部，用綜合測試儀進行檢測，將兩次檢測得出的數據進行比較，求得沉降差。該方法具有不受地面施工影響、可連續多點觀測、精度可達0.5mm等優點。

綜合測試儀由水平探頭、電纜線和讀數儀組成。水平探頭通過設置在其上的兩個間距為50cm的輪子在管中行走。探頭一端通過電纜線與讀數儀相連，可直接測得前、后測輪連線的傾角，不同位置時的傾角是變數，通過儀器中的軟件將測得的傾角換算成測輪前、后兩個接觸點的高差，并通過存儲儀采集獲得數據，再使用專用數據線將數據傳輸到電腦中，最后將連續觀測的高差與水準點相連，求得各點高程與沉降量。

橫剖管橫斷面為圓形斷面，內壁均勻光滑并具有良好的撓性、柔性和剛性。其埋設步驟為：

a.在原地面上挖溝，溝深不小于30cm；

b.將橫剖管底部和周邊用砂、土將溝填平、夯實；

c.在橫剖管管口處做一平臺（約40cm×40cm）作為參照平面；

d.在橫剖管外延50m處設一固定水準點，每次觀測時與管口現澆水準點連測可求得前、后測輪接觸點的高程變量。

2、沉降監測點的設置

長邯高速公路改擴建工程在K741+500斷面處設置了橫剖管進行沉降變形監測。

3、觀測頻率

在路堤填筑期間，一般每填筑1～2層或5～10d觀測一次；預壓初期需每月觀測2～3次。通車運行期間，一般一個月內的沉降量在0～1mm之間，觀測頻率放寬至3個月觀測一次。

4、動態控制標準

在路堤填筑施工期應采用新建道路的路堤施工動態控制標準，即監控斷面的沉降速率每日不大于10mm。拼寬路段路面結構施工時的控制標準為：拼接路堤施工至96區后，路面中心（人孔井）按二等水準觀測標準實測沉降速率每月應小于2mm；底基層施工時的沉降速率為兩個月，平均月沉降速率應小于3mm；瀝青面層拼接施工期的沉降速率每月應小于1mm。

（二）地基水平位移監控

1、監測方法

地基水平位移監控采用測斜管—綜合測試儀進行。具體方法為在新路堤邊坡坡腳處選擇典型斷面設置一根測斜管，通過綜合測試儀采集數據經電腦計算進行地基深層水平位移測試。

2、測斜管的埋設方法

每根測斜管埋設深度以進入硬層為止（根據斷面的工程地質條件并結合現場鉆孔情況而定）。測斜管埋設時一般采用小型鉆機打孔，直徑110cm為宜，豎直偏差率不大于1.5%。本觀測點采用的測斜管深度為10m，選定在K741+500左側拼寬斷面。

3、動態控制標準

在路堤填筑施工期，采用新建道路的路堤施工動態控制標準，即監控斷面的水平位移速率每日不超過5mm。

三、拼寬段現場測試分析

按照設計，K741+500斷面左幅填土高度為12.7m，左幅拼寬16m，右幅完全利用。此斷面位于東陽關服務區靠近邯鄲方向，橫跨主線及A、B匝道。填方路堤的填料形式為就近調配的黃土，屬于細粒土。該路段屬于工程地質分區IV1（黎城盆地平緩區），地勢平坦開闊，底層巖性上部主要為第四系全新統沖洪積(Q4al+pl)黃土狀土（粉質黏土）；地層巖性中部主要是第四系上更新統沖洪積(Q3al+pl)新黃土（粉質黏土）；下部為第四系中更新統沖洪積(Q2al+pl)老黃土（粉質黏土）。地下水埋藏較深，路堤穩定性相對較好。2015年10月初，對該斷面開始進行填筑，在當月9日就進行了橫剖管的埋設并進行了第一次檢測。橫剖管長度為17m，端口位于新路堤坡腳，垂直于新建路堤行車方向插入路堤中。2015年11月11日完成了對該路段路堤的填筑工作。

（一）不同填筑高度豎向和水平位移現場測試結果分析

現場檢測了K741+500左幅斷面填筑高度1.3m、4.6m、7.6m、9.3m、10.3m時的路堤整體沉降，也就是豎向位移和水平位移，對單側拼寬斷面路堤填筑高度與沉降變形以及水平位移的變化規律進行分析：

（1）路堤的填土高度和路堤的豎向位移呈正相關，路面寬度范圍內各點的沉降基本均勻。填筑高度1.3m時，沉降最大點在靠近老路堤即橫剖管頂端處，沉降量為29.58mm，日平均沉降量為4.23mm；填筑高度4.6m時，沉降量最大點在橫剖管距離頂端3.5m處，沉降量為45.86mm，日平均沉降為6.55mm；填筑高度7.6m時，沉降量最大點在距離橫剖管頂端口4m處，沉降量為13.37mm，日平均沉降量為1.91mm；填筑高度9.3m時，沉降量最大點在距離頂端4m處，沉降量為24.06mm，日平均沉降量為4.81mm；填筑高度10.3m時，沉降量最大點在距離管口8m處，沉降量為3.35mm，日平均沉降0.37mm。

填筑完成時，在橫剖管頂端靠近老路堤的地方豎向位移最大，填筑完成時最大累積位移為102mm，由老路堤向新路堤方向逐漸減小，在距離橫剖管頂端14m的位置出現明顯的突變，急劇地減小。填筑10.3m時，橫剖管最大累積沉降102.66mm，并且處于較穩定狀態，不再產生較大沉降，說明此時路堤逐漸趨于穩定狀態。

（2）新路堤坡腳10m深度范圍內水平位移隨填筑高度的變化如圖1所示。

圖1 不同填筑深度路堤坡腳水平位移

從圖中可以清楚地看出：在填筑高度為7.6m時，路堤的水平位移不大，水平位移最大的地方為管口處，為-1.9mm，日平均水平位移-0.21mm，從路堤邊緣向路堤內側收縮，4m深的地方位移為零，此時整體路堤的影響深度在4m左右。在填筑高度為9.3m時，路堤整體向外偏移，水平位移最大處發生在深3.5m處，水平位移為3.3mm，日平均水平位移0.55mm。當填筑到10.3m時，路堤發生較大水平變形，累積水平位移最大處發生在2.5m處，水平位移為18.2mm，日平均水平位移1.66mm，此時完成路堤填筑。由此可以看到路堤整體地基的水平擠壓情況。坡腳處地面深度4.5m以內，地基被路堤整體向路堤邊緣方向擠壓，發生較大水平位移。在此地區進行地基處理時，可以著重處理4.5m深度以內的地基，盡量減少地基的水平位移，防止路堤邊坡發生破壞，提高路堤整體的穩定性。

（二）填筑完成后豎向和水平位移隨時間變化分析

填筑完成后測得路堤變形會隨時間而變化。以填筑完成后新路堤坡腳10m深度范圍變化為例，在停止填筑以后，路堤還在繼續沉降，地基水平位移繼續增加，但均遠小于填筑期間的沉降和水平位移。路堤的豎向位移均較小，并且逐漸趨于穩定，日平均沉降均遠小于10mm，符合規范要求。路堤坡腳10m深度的范圍以內的水平位移較小，日平均水平位移不超過1mm，說明完成填筑后路堤10m以下的范圍內的水平位移隨時間逐漸趨于穩定，不再發生較大水平位移。

（三）填筑過程與沉降變形變化分析

根據K741+500斷面的現場橫剖管沉降監測結果得出每次測試時沉降量的最大值、最小值以及橫剖管上填土的高度，由此進行分析拼寬段路堤填筑過程與地基沉降的變形規律。

從填筑開始到填筑完成，新路堤最外側坡腳的沉降最小，橫剖管頂端靠近老路堤邊坡坡腳的地方沉降變形最大。隨著填筑的進行，新路堤外側坡腳的沉降變形較小，而橫剖管頂端靠近老路堤坡腳的地方的沉降直線式下降，沉降明顯。填筑完成以后新路堤坡腳的沉降趨于穩定狀態，靠近老路堤坡腳的地方在自重應力的作用下繼續沉降，但曲線逐漸平緩，地基沉降趨于穩定。

四、結語

施工過程中，路堤的填土高度和路堤的豎向位移呈正相關，路面寬度范圍內豎向沉降基本均勻，在靠近老路堤的地方豎向位移最大，新路堤外側坡腳的沉降變形較小，填筑完成154天后路堤的豎向位移已經完全趨于穩定。

施工過程中，路堤的水平位移發生在路基以下4.5米以內，累計位移以路基以下2.5米處為最大，進行地基處理時，應著重處理4.5m以內的地基。填筑完成后，路堤的水平位移變化較小，基本趨于穩定。

經半年的監測結果表明，長邯高速公路該段拼寬路基變形已趨于穩定，新老路基差異沉降較小，路基拼寬效果良好。