沿海高速公路特殊節點路基變形監測研究

胡 健 王 坤

(1.江蘇現代工程檢測有限公司 南京 210000； 2.江蘇現代路橋有限責任公司 南京 210000)

江蘇省內沿海高速公路瀕臨黃海，沿線多數地區屬海相沉積平原，區域地質情況復雜，地勢低洼、河網密布、湖塘眾多，區域內地下水位高，區域內的軟土多為海陸交互相的厚層或超厚層軟土(部分路段軟土厚達30 m)，含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、黏聚力小、固結系數小是其較為普遍的特征[1-2]。沿海高速公路沿線軟土層頂板埋深一般小于2.0 m，底板埋深大于12 m，為典型淺埋深厚軟土地基，工程性質差。當時地基處理主要為預壓固結方法、粉噴樁加固(主要用于橋頭)，建造過程中多次出現路基變形病害。2005年11月鹽城至南通段(大豐段)建成通車、2006年10月連云港至鹽城段(連云港)建成通車，服役10余年來，沿海高速部分路段出現了不同程度的長周期沉降且不收斂，嚴重路段雖經多次加鋪罩面專項養護，仍無法解決軟土地基服役期長期沉降問題，增加了日常管養工作壓力[3]。

鑒于上述，在“十二五”規劃末期，針對服役期路基長周期持續沉降相對嚴重的典型路段，沿海高速公路管理公司開展了“既有高速公路軟基豎向旋噴樁、側向輻射注漿處治技術”的先導試驗段工程，服役期高速公路路基沉降控制目標導向的路基結構性后加固工程先導實例研究與實踐，為沉降變形不收斂現狀路基結構性預防加固提供了示范和寶貴經驗[4-9]。

1 沿海高速公路工后沉降分析

JTG D30-2015 《公路路基設計規范》指出路面設計使用年限內允許工后沉降值，高速公路、一級公路在橋臺與路堤相鄰處≤0.10 m，涵洞、通道處≤0.20 m，一般路段≤0.30 m。

沿海高速運營期路基沉降監測于2012年開始，2013年全部路面沉降標布設完成，截止監測2020年(12月)運營期約8年的路基沉降(包括2020年二期監測數據)，定義了設計“基準沉降”特征指標為各點的高程實測數據與竣工通車前的設計高程差值，可近似表征沿海高速公路路基工后累計沉降。同時，定義了運營期監測“沉降增量”，為2013-2020年運營期近8年的路基沉降累計實測值，用于分析沿海高速路基沉降歷時演化規律。

1.1 沉降觀測方案

根據2012-2017年觀測數據，選擇沉降速率超過了10～12 mm/年的路段，選擇2011年至今高速路面病害集中且經過多次維養路段，以及采用高壓旋噴樁、側向輻射注漿和小導管注漿等結構性托換加固路段，“沿海高速公路重點路段典型斷面路基變形監測(2018-2020)”項目中，路面沉降重點路段共8個，雙向累計25 km，累計1 014個觀測沉降標，2018-2020年沉降觀測段落統計見表1。

表1 2018-2020沉降觀測段落統計

重點路段觀測頻率為每6個月觀測1次，每年觀測2次。

1.2 沉降觀測路段基準沉降分析

根據沿海高速竣工通車前設計高程基準值，基于2020年12月份第17次測點實測高程，繪制沿海高速公路2020年基準沉降表征的路基工后沉降的里程分布圖，定義連云港至南通方向為連通方向，反之為通連方向，大豐段設計基準沉降分布圖見圖1。

圖1 大豐段設計基準沉降分布圖

由圖1可見，大豐段(里程K1034+600-K1036+000)運營期內設計基準沉降一般小于450 mm，且相當部分沉降標的基準沉降大于300 mm，超過一般路段工后沉降控制標準。大豐段(里程K1033+000-K1033+300)連通方向，部分路段基準沉降接近800 mm，明顯超過一般路段路基沉降工后沉降控制標準。因此，沿海高速公路建造時的軟土地基控沉加固，部分路段未能達到設計要求。毋庸置疑，沿海高速局部路段日常管養多次集中罩面專項大修、個別路段采用軟土地基控沉目標導向的結構性托換加固，與軟土地基控沉質量偏低不無關系。

1.3 不同性質路段基準沉降統計

按路段不同性質(橋頭連接段、過渡段、箱涵連接段、一般長路基段)，統計了沿海高速監測里程基準沉降水平關聯的分布特征，設計基準沉降分路段統計量見表2。

表2 設計基準沉降分路段統計量

由表2可見，沿海高速橋頭段累計31個沉降標，22個基準沉降滿足工后沉降小于100 mm設計要求，有7處橋頭基準沉降位于100～150 mm區間，沿海高速橋頭連接段工后沉降控制符合要求。橋頭過渡段累計199個沉降標，基準沉降超過200 mm工后沉降閾值累計26個，占同性質路段的13%，其中連通方向約18個沉降標、通連方向約8個沉降標基準沉降超過200 mm。箱涵連接段累計31個沉降標，基準沉降超過200 mm的有2個，其中1個超過300 mm，占同性質路段的6%。一般路段累計沉降標297個，基準沉降超過300 mm累計30處，占同性質路段的10%。

綜合上述沉降標點位的基準沉降數據，沿海高速公路不同性質路基段的工后沉降控制水平，符合不同性質路基沉降標準并且協配良好。其中，橋頭連接段和小型構造物連接段工后沉降控制良好。但是，橋頭過渡段和一般路基段部分測點基準沉降超過設計控制值300 mm，測點占比分別達到7%和10%，一般路段沉降控制水平相對更差，不同路段設計基準沉降分布特征圖見圖2。

圖2 不同路段設計基準沉降分布特征(沉降單位：mm)

2 運營觀測期沉降增量分析

2.1 實測沉降增量統計

沿海高速運營期路基沉降監測(2013-2020年)，運營期8年的路基沉降“沉降增量”特征指標，沿里程分布特征，大豐段測點沉降增量分布圖見圖3。

圖3 大豐段測點沉降增量分布圖

由圖3可見，近8年連續路基沉降監測的沉降增量一般小于80 mm，平均沉降速率<12 mm/年。但是，大豐段(里程K1033+000-K1033+300)實測沉降增量約180 mm。此外，實測路基沉降增量的里程分布特征，基本與基準沉降分布特征一致，驗證了基準沉降作為工后沉降相對控制水平評價的合理性。

2.2 沉降增量區間統計

本文根據觀測數據，分區間統計了運營觀測期約8年(2013-2020年)的路基沉降增量，統計表見表3。

表3 觀測期沉降分路段沉降增量統計表

由表3可見，橋頭連接段，除連通方向1個點位外，運營期沉降增量均小于20 mm，沉降控制良好。箱涵連接路段除5個點位外，其余點位沉降增量小于20 mm，沉降控制相對良好。橋頭過渡段觀測期內連通方向43個路面沉降標，通連方向17個路面沉降標的沉降增量超過20 mm，占相同性質路段的30.2%，特別是連通方向4個沉降標的沉降增量超過80 mm，說明對應代表路段的沉降控制不良。一般路段在運營觀測期內沉降增量超過30 mm的點位共計119個，占同性質路段的42.7%，沉降增量超過80 mm的點位26個，說明一般路段的沉降控制相對較差。

故總結分析認為，沿海高速3類不同性質路段路基沉降控制，橋頭段優于連接段箱涵段；連接段箱涵段明顯優于一般路段，路基沉降控沉水平縱向分布具有路基性質顯著關聯特征，反映了原有路基地基沉降控制施工圖設計的良好效果，觀測期內沉降增量統計圖見圖4。橋頭連接段、橋頭過渡段、一般路段、箱涵路段沉降標沉降增量統計分布圖分別見圖5～圖8。

圖4 觀測期內沉降增量統計

圖5 橋頭連接段沉降標沉降增量統計分布圖

圖6 橋頭過渡段沉降標沉降增量統計分布圖

圖7 一般路段沉降標沉降增量統計分布圖

圖8 箱涵段落沉降增量分布統計

3 結論

沉降觀測是判斷路面沉降收斂最直觀的方法，根據現場情況更新和加密了觀測點位，按照實施方案測得了沿海高速布設的路面沉降標最新監測數據，進一步補充了沿海沉降數據庫，結合前期(2012-2017)的數據，可得出如下結論。

1) 沿海高速公路運營期路基沉降發展一般小于80 mm，路基沉降總體可控，但路基沉降長周期歷時發展的收斂特征不明顯，與傳統主固結壓縮沉降收斂的特征相悖。

2) 沿海高速K1033+000-K1033+300路段的實測沉降增量普遍偏高，且與設計標高基準沉降揭示規律一致。

3) 沿海高速路基縱向不同性質路段，橋頭優于連接段箱涵段；連接段箱涵段明顯優于一般路段，路基縱向控沉整體協配良好，說明粉噴樁對控制沉降有較好效果。