高速公路改擴建路段沉降觀測分析

陳 小 英

(山西晉通公路工程監理有限公司，山西 晉城 048000)

1 路基沉降分析理論

高速公路改擴建新路基施工后所產生的沉降包括瞬時沉降、主固結沉降和次固結沉降，三者之和構成最終沉降量。瞬時沉降是在路基填土中的水分和空氣尚未完全排出，外部荷載加載后產生的沉降。主固結沉降是在荷載作用在路基和地基上后，孔隙水隨時間不斷排出到路基以外所產生的沉降。瞬時沉降和主固結沉降是在路基施工過程中所產生的，次固結沉降主要發生在完工后。

本文主要對路基主固結沉降進行研究，沉降分析理論基于太沙基固結理論。該理論主要用于求解一維有側限應力狀態下，在外界荷載作用下地基土和路基土發生滲流固結過程中任意時刻的土骨架及孔隙水的應力分擔量。

太沙基一維固結微分方程：

其中，Cv為土的豎向固結系數，cm2/s，其表達式為：

其中，k為滲透系數；γω為水容重；e0為孔隙比；a為壓縮系數；Es為路基土彈性模量。

從太沙基固結理論路基可以看出，在荷載的作用下，土層不斷固結，空隙水壓力不斷減小，路基土的有效應力不斷增加，水分不斷從土體空隙中滲出，路基結構產生壓縮變形，最終導致沉降的產生。

固結度是判斷路基固結程度的重要指標，是施工過程中路基沉降量占路基總沉降量的百分比，用Ut表示，計算公式如下：

其中，α=P1/P2，P1為排水面處附加應力，P2為非排水面處附加應力，路基設計采用雙面排水，則α=1，如為單面排水(頂面排水)，則α=P1/P2；U0為初始孔隙水壓力；e為自然對數的底，e=2.718 2；Tv為時間因數。

如果地基在施工期間固結已完成，Ut=1，路基總沉降量就是路基施工過程中的沉降量。但實際中路基不可能在施工過程中完成固結，施工后還會產生次固結沉降。

2 工程概況

某高速公路全長99 km，設計采用雙向四車道，路基寬度為26 m，設計車速120 km/h，個別路段設計車速80 km/h，近年來交通量增長迅速，時常出現擁堵。為適應當地經濟發展需要，對高速公路進行擴建，拓寬為雙向六車道，擴建后路基寬度為34.5 m。

文章依托該高速公路擴建工程路基第5合同段，起訖點樁號為K201+485～K207+835，全長6.35 km。該合同段局部分布有軟土地基，沿線軟土軟塑～流塑狀，具有中高壓縮性，地基承載力嚴重不足。選取其中兩段作為試驗路段，分別采用水泥攪拌樁和CFG樁進行加固處理，并在施工過程中布置測點進行沉降觀測，確定路基沉降隨時間的變化規律，為路基穩定性判斷提供參考依據。

3 路基沉降觀測與觀測結果分析

3.1 路基沉降觀測方案

路基沉降觀測每個斷面布置三個測點，新路基、新舊路基結合處和舊路基各一個點。其中新舊路基結合處和舊路基上的監測點埋設沉降板，舊路基上布設沉降樁。沉降監測點布置如圖1所示，其中測點2位于新路基中間位置，測點3距路基邊緣不少于1 m。

路基沉降觀測頻率取決于路基沉降速率，以保證沉降觀測能反映出路基的實際沉降。路基加寬段沉降速率較大，尤其是軟基段沉降速率更大，應適當增加沉降觀測次數，一般每填筑1層～2層或間隔5 d～10 d觀測1次。施工初期每月觀測2次～3次，待沉降穩定后每月觀測1次～2次。施工中如上下兩層施工間隔時間較短，應適當增加觀測次數。

3.2 水泥攪拌樁處治段路基沉降觀測結果分析

本項目K204+210～K206+010段采用水泥攪拌樁處治加固，選取K204+440斷面和K205+440斷面作為觀測斷面，設置測點進行沉降觀測。K204+440斷面路基填筑高度為7.1 m，K205+440斷面路基填筑高度為8.5 m，水泥攪拌樁地基處治深度均為8 m。采用精密水準儀對兩斷面測點進行觀測，繪制沉降—時間曲線如圖2，圖3所示。

從圖2，圖3曲線走勢可以看出，新路基上的測點1累計沉降量最大，最大值分別為7.42 mm，10.51 mm；其次為新舊路基結合處沉降點2，最終累計沉降量分別為4.12 mm，6.92 mm；舊路基上測點3累計沉降量最小，最終累計沉降量分別為2.6 mm，3.1 mm。根據沉降觀測記錄，日平均沉降最大值0.59 mm/d，遠小于規范要求的10 mm/d，說明路基填筑施工期間穩定性良好。通過近4個月的觀測，兩個觀測斷面累計沉降量很小，遠小于規范限值，說明采用水泥攪拌樁處治后路基穩定性良好，沉降滿足規范要求。

3.3 CFG樁處治段路基沉降觀測結果分析

本項目K202+000～K203+110段采用CFG樁處治加固，選取K202+320和K202+680作為觀測斷面。K202+320斷面路基填筑高度為6.1 m，K202+680斷面路基填筑高度為5.7 m，CFG樁處治深度均為8 m。采用同樣的方法對兩個斷面沉降量進行觀測，收集數據繪制累計沉降量—時間曲線如圖4，圖5所示。

通過對圖4和圖5曲線變化趨勢分析可知，與圖2和圖3類似，監測點3累計沉降量最大，最大值為18.54 mm,15.32 mm；測點1累計沉降量最小，最終沉降值為3.75 mm,3.86 mm。觀測結果表明，這兩個斷面的累計沉降量均較小，日平均沉降最大值為0.35 mm/d，遠小于規范要求的10 mm/d，說明路基施工期間穩定性良好。通過對CFG樁加固路基施工路段觀測得知，路基沉降逐步趨于穩定，說明CFG樁處治后路基穩定性良好。通過與水泥攪拌樁處治段監測結果對比可知，水泥攪拌樁加固效果較CFG樁好。

4 結語

本文結合高速公路路基改擴建施工，通過制定沉降觀測方案，對水泥攪拌樁、CFG樁加固處治路段進行沉降觀測，并繪制累計沉降—時間曲線，得出以下結論：

1)對水泥攪拌樁處治路段進行沉降觀測，得出新路基上的沉降量最大值分別為7.42 mm，10.51 mm，且日平均沉降最大值0.59 mm/d，遠小于規范要求的10 mm/d，說明路基填筑施工期間穩定性良好，沉降量滿足規范要求。2)通過對CFG樁處治路段進行沉降觀測，得出新路基累計沉降量最大值為18.54 mm，15.32 mm，且日平均沉降最大值為0.35 mm/d，遠小于規范要求的10 mm/d，說明路基施工期間穩定性良好，沉降量滿足規范要求。3)對比分析水泥攪拌樁和CFG樁加固處治路段觀測結果，得出水泥攪拌樁處治路段累計沉降量較小，為10.51 mm，說明水泥攪拌樁地基加固效果優于CFG樁。