高速公路路基施工質量控制及沉降觀測分析

韋雪娟

(廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

近年來，隨著我國高速公路的大規模發展，公路建設逐漸延伸至水文地質復雜地區，工程難度也越來越大[1]。路基作為公路工程中的基礎承重結構，其施工質量直接影響高速公路的承載能力和使用壽命[2]。因此，針對地質情況復雜地區的高速公路建設進行施工質量監測，對于保證道路的安全穩定性具有重要意義[3-4]。

目前，國內外學者關于路基施工質量和沉降觀測展開了大量研究，如李新春等[5]研究了鹽漬土的物理特征，探索了其危害性，為科學設計鹽漬土路基提供合理的質量管控方式，對鹽漬土地區施工提供更有實踐價值的方案。劉志強[6]對云湛高速公路(新陽段)高路堤頂沉降、坡腳水平位移及隆起量進行監測，結合項目概況、施工進度及控制標準，分析了填土高度對累計沉降量-時間曲線的影響。何雄剛[7]闡述了軟土路基的工程特點和處治方法，研究了軟土路基沉降觀測與數據處理內容，認為采用拋石擠淤和土工格柵相結合的處治方式可有效提高軟土路基的承載能力。張軍輝等[8]選取典型地質區段10個不同斷面，采用沉降板法監測施工過程中4組路基沉降數據，分析填方路基不同時間的沉降規律，對比了不同路基的沉降關系。由于我國地質地形條件相對比較復雜，公路建設應根據地區特性采用適宜的施工方式，以保證公路質量和穩定性。基于此，本文以我國南方山區某高速公路施工為研究對象，針對特殊地質條件下的路基施工質量控制要點進行了闡述，并針對路基施工過程中的沉降變化情況進行了監測分析，最終保證路基施工的順利完工及工程質量。

1 工程概況

某高速公路項目位于我國南方地區，線路設計長度為27.8 km，車道設計為雙向四車道，最高行駛速度為100 km/h，路基總寬度設計為24.5 m，路面行車道寬2×7.5 m，中央隔離帶寬2.5 m，緊急停車帶寬2×2.5 m。路基左面設計邊坡比為1∶2，右面邊坡比為1∶1.5。路基封層采用石灰土，包邊采用普通黏土。該地區屬于亞熱帶氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，受季風影響明顯，容易給工程施工進度帶來影響。根據地形勘測結果顯示，部分路段處于高山、峽谷等地形復雜地帶，填方高度最高達到17 m，丘陵地帶地形左高右低，山坡較陡，坡長最長達175 m，坡度最大為32.1 m。該路段路基土層從上到下主要分為：素填土層，厚度為1.4～2 m；粉質黏土層，厚度為1.8～3.6 m；淤泥質土層，厚度為3～9.5 m。路基采用樁徑為0.5 m的碎石樁處理，長度為15 m，布置間距為2 m，呈梅花形布置。路基截面設計如圖1所示。

圖1 路基截面設計示意圖

2 施工質量控制

在正式施工前應嚴格做好施工組織、人員安排、機械部署、填土試驗、路基處理以及技術核查等準備工作；清場工作完成后，確定施工場地與原地面的左右坡度為1∶2和1∶1.5；在填筑前需對土質相對松散位置進行壓實。具體施工流程如下。

(1)填土：路基填土優先選擇現場挖土方，挖土方不足時可從土場取土，并嚴格按照相關設計要求進行填土試驗，以保證填土參數達到相關標準。填筑完成后，采用取土試驗來測試填筑效果，以保證壓實度達到設計要求。

(2)攤鋪、整平：依次采用推土機和平地機對路面進行初平、終平處理。在攤鋪前，需將路面調整為兩側傾斜狀態，橫向排水坡的傾斜度在2%～4%，以保證路面的排水效果。

(3)灑水、晾曬：在填筑前，采用灑水、晾曬方式保證填土的含水量為最佳狀態，即在2%～3%。

(4)土工格柵：土工格柵采用平鋪方式，平整鋪設在壓實后的中粗砂層，搭接寬度需>20 cm，縱向間隔為1 m，鋪設層數為2層。

(5)碾壓：采用振動壓路機先對路面邊緣進行碾壓，再碾壓中間路面，縱向碾壓控制重疊范圍≤1 m，橫向碾壓控制重疊范圍為30～50 cm。均勻碾壓，避免偏壓和漏壓情況。

3 監測方案設計

由于該路段地形地質條件較為復雜，路基的沉降量和沉降速率均難以估計，因此需對施工過程中的路基沉降進行嚴格把控。監測內容主要包括：填筑過程中坡腳路基沉降、路基水平位移量及路基沉降，施工完成后路基底部、樁體的沉降量及沉降速率。

3.1 監測布置

本次監測儀器主要采用沉降觀測樁、沉降板和精密水準儀等埋設儀器，需按照設計要求定位精準，做好保護措施，并定期檢查，共布置24塊沉降板和16根觀測樁。

(1)沉降觀測樁由直徑為20 mm的鋼筋構成，其埋設點周圍15 cm范圍采用砂漿固定，高度為30 cm，上部半球形鋼頭露出表面長度≥5 mm，并做好防銹處理，其截面結構如圖2所示。

圖2 沉降觀測樁示意圖(mm)

(2)沉降板由鋼板、金屬測管和塑料套管組成，鋼板尺寸為50 cm×50 cm，金屬測管直徑為40 mm，塑料套管直徑為60 mm，套管單節高度≤1 m。測量所用精密水準儀精度控制在1 mm，讀數精確到0.1 mm。沉降板結構如圖3所示。

圖3 沉降板結構示意圖

3.2 監測頻率

根據相關規范要求以及現場施工情況，確定該項目觀測頻率為：填筑階段一般每天觀測1次，沉降量發生突變時，每天觀測2～3次，若兩次填筑間隔較長，可每3天觀測1次。路基施工完成后3個月內，每5 d觀測1次，3～6個月內，每7～15 d觀測1次，6個月以后，每月觀測1次，共監測12個月。

4 結果與分析

根據《公路軟土路基路堤設計與施工技術細則》(JTG/T D31-02-2013)規范要求，路基累計沉降量要<300 mm，填筑階段路基沉降速率≤10 mm/d，路基坡腳沉降速率≤5 mm/d。為保證該項目路基沉降滿足設計要求，針對路基關鍵位置進行為期1年的沉降觀測，并對試驗數據進行統計分析。

4.1 路基沉降量分析

隨機選取某段路基左側、右側及中部位置沉降板1年內的沉降數據進行分析整理，得到路基關鍵截面沉降量變化曲線如圖4所示。

圖4 路基關鍵截面沉降變化曲線圖

根據圖4可知，在監測周期內，路基頂面左側、中部及右側的沉降變化曲線大致相似，且整體沉降差異較小，說明在施工過程中路基未出現沉降不均勻的情況。在路基填筑初期，路基頂面左側、中部及右側的最大沉降量分別為22 mm、21 mm和19 mm，路基兩側最大沉降量相差僅3 mm。填筑中期的路基沉降量有所減小，原因是路基填方相對較小，且填筑過程相對緩慢。在填筑后期，由于路基填方較大，荷載增幅顯著，導致路基沉降量開始急劇提升，路基頂面左側、中部及右側的最大沉降量依次增長為21 mm、19 mm和22 mm，但路基兩側最大沉降量仍相差不大，說明路基整體沉降比較均勻。監測周期結束后，路基頂面左側、中部及右側的最終累計沉降量分別為204 mm、185 mm和196 mm，均小于規范要求的300 mm。

4.2 基底沉降速率分析

針對1年內路基各觀測點的沉降數據進行整理分析，并分別計算出不同時期基底各觀測點的沉降速率，得到基底沉降速率變化曲線如圖5所示。

圖5 基底沉降速率變化曲線圖

根據圖5可知，隨著監測時間的增長，路基基底沉降速率≤5 mm/月和≤2 mm/月的觀測點百分比均不斷增大，說明路基基底整體沉降狀況良好。在監測初期，路基基底沉降速率≤5 mm/月的測點達到59%，≤2 mm/月的測點達到51%；而到達監測中期后，路基基底沉降速率≤5 mm/月的測點增至84%，≤2 mm/月的測點增至73%，基底測點沉降速率達標率增幅較為明顯；監測周期結束后，路基基底沉降速率≤5 mm/月的測點可達到100%，≤2 mm/月的測點可達到97%，基底測點沉降速率達標率較高。綜合來看，在整個施工周期內，路基基底的沉降速率均滿足規范設計要求，不會對路基填筑和路面施工產生影響。

4.3 位移樁沉降速率分析

針對1年內路基坡腳外側各位移樁的水平位移值進行整理分析，并分別計算出不同時期各位移樁的沉降速率，得到路基坡腳測點達標百分比變化曲線如圖6所示。

根據圖6可知，隨著監測時間的增長，路基坡腳測點沉降速率≤5 mm/月和≤2 mm/月的測點達標百分比均呈增大趨勢，說明路基坡腳水平位移狀況良好。在監測初期，路基坡腳約62%的測點滿足沉降速率≤5 mm/月的設計標準，55%的測點滿足沉降速率≤2 mm/月的設計標準；而到監測中期后，路基坡腳約83%的測點滿足沉降速率≤5 mm/月的設計標準，75%的測點滿足沉降速率≤2 mm/月的設計標準；監測周期結束后，路基坡腳約100%的測點滿足沉降速率≤5 mm/月的設計標準，96%的測點滿足沉降速率≤2 mm/月的設計標準。綜合來看，在整個施工周期內，路基坡腳測點沉降速率達標率較高，路基坡腳的水平位移增長速度基本滿足規范設計要求。

圖6 路基坡腳測點達標百分比變化曲線圖

5 結語

本文從路基填筑施工的質量控制、監測儀器及監測方法等進行了詳細闡述，并針對路基頂面、路基基底及路基坡腳外側的沉降量進行了統計分析，得出以下結論。

(1)監測周期內路基頂面整體沉降差異較小，在施工過程中未出現路基不均勻沉降。監測周期結束后，路基頂面左部、中部及右部的最終累計沉降量均小于規范要求的300 mm，說明路基頂面沉降差異滿足設計要求。

(2)隨著監測時間的增長，路基基底沉降速率≤5 mm/月和≤2 mm/月的測點達標百分比均不斷增大，且在整個施工周期內，路基基底測點沉降速率達標率較高，均滿足規范設計要求，說明路基基底整體沉降狀況良好。

(3)監測周期結束后，路基坡腳約100%的測點滿足沉降速率≤5 mm/月的設計標準，96%的測點滿足沉降速率≤2 mm/月的設計標準，且在監測周期內路基坡腳的水平位移增長速度基本滿足規范設計要求。