舊有道路拓寬路基不均勻沉降分析與控制技術研究

班振東，李肖華，李建飛，王立勇，李正貴

摘 要：隨著城市舊有道路的改建和擴建工程大量增加，改建或擴建后的道路新舊路基結構存在差異，若不對路基進行相應的處理，將會造成新舊路基的不均勻沉降，從而導致路面開裂等問題。以某城市舊有道路的拓寬工程為背景，著重分析新舊路基之間不均勻沉降的機理，監測試驗段路基沉降情況，并提出施工質量控制措施，為后續類似工程提供參考。

關鍵詞：城市道路；拓寬改建；不均勻沉降；沉降監測；沉降控制

中圖分類號：U416.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）10-0020-03

0 引言

新舊路基不均勻沉降將影響擴建工程的工程質量，對后續的道路運營造成不利影響。為了從根本上解決路基沉降不均勻問題，需要對實際工程進行具體分析，明確新舊路基不均勻沉降的機理，并且時刻注意施工過程中的路基沉降情況?；诖?，研究和探索更有效的沉降控制技術，使其工程質量得到保證，延長工程的生命周期[1]。

1 工程概況

某城市舊有道路建成于20世紀80年代，原設計為雙向四車道，線路全長24.7 km。由于該城市道路作為片區內連接東西走向的一條交通性主干路，以集散交通和過境通行為主，服務功能為輔，是該片區內最重要的骨架路網之一。為了加強該道路對于該片區的交通疏散能力、加強主城區與外界的聯系、推進該片區發展。擬對該城市舊有道路進行拓寬改建，加寬后為雙向六車道，設計速度為60 km/h，加寬類型為雙側加寬，使用挖臺階分層回填施工的加寬方法。

1.1 工程地質

擬建工程場地屬于構造剝蝕淺丘地貌，線路跨越多條淺丘及沖溝，場地地形起伏變化較大，現地面標高約326.00～388.00 m，相對高差最大為62.00 m。另在沿線已有道路、村莊、砂石場、民房及其附近地段發生挖填活動，原始地形已有較大改變，其余地段基本多保持原始地形地貌。施工場地附近自然環境良好，無嚴重污染，水和空氣無大的污染源，擬建場地所處環境較好，有多條道路可到達場地。

1.2 氣象水文

施工場地氣候類型為準亞熱帶濕潤氣候，氣候溫和，年平均氣溫為16.9℃，年平均降雨量為1 000～1 200 cm，全年75%以上的降雨量都集中在6～9月，12～4月雨量很少，年平均相對濕度為78%。

2 新舊路基不均勻沉降機理分析

城市舊有道路拓寬后，新舊路基的沉降將存在差異，尤其是在加寬結合部位。新拓寬的路基將產生較大的沉降，而舊路基沉降量相對較小。這是由于舊路基已經投入運營較長時間，自身固結沉降早已趨于穩定。道路拓寬雖然對舊有路基上部的荷載造成了影響，使其上部的荷載發生了變化，但荷載變化造成的沉降很小[2]。新、舊路基自身存在的壓縮變形不同，在結合處的銜接狀態不佳，黏土填料有較長的固結時間。舊有路基在行車荷載和自重作用下的壓縮變形已經穩定，而新路基的壓縮變形還沒有穩定下來，所以新路基會產生更大的豎向沉降，使路面結構產生不均勻的沉降，從而導致開裂等問題[3]。因此，在舊有道路拓寬改建工程中，需要采取有效措施加固路基，以避免嚴重的不均勻沉降發生。

3 施工方案驗證

3.1 試驗路段選擇

為了保證城市舊有道路拓寬工程施工質量，并有效控制不均勻沉降，需要在正式施工之前選擇一段路段進行試驗，驗證施工方案是否合理，確定施工方法及各項參數。

在公路的左幅和右幅各選取300 m作為試驗路段。采用雙側加寬的方式對試驗路段進行素土填筑拓寬施工，路基填筑高度為8 m，并確定了松鋪系數、碾壓遍數和施工機械組合等參數。

3.2 路基素土填筑試驗

素土填筑試驗中，單層素土填料松鋪厚度范圍為（30±1） cm，控制含水率在最佳含水率±1%的范圍內，并且在實際施工過程中嚴格控制填料的含水率。

對素土填筑路基進行壓實試驗，對壓實度與碾壓遍數的關系進行統計，試驗結果見表1。

通過對試驗路段的反復試驗，確定（30±1） cm的厚度是單層素土填料最佳填筑厚度，最佳含水率為14.5%。在碾壓次數為2、3、4、5次時的平均密實度依次為88.34%、92.18%、94.4%、95.44%。碾壓次數從2次到3次、3次到4次、4次到5次的增幅依次為3.84%、2.22%、1.04%。

從上述分析可以看出，素土的壓實度隨著碾壓次數的增加而增大，但是增大幅度隨著碾壓次數的增加而減小，因此增加碾壓次數在一定范圍內能夠有效地提高路基地壓實度。由于試驗段路基填層壓實度設計標準要求壓實度不小于95%，故對填土進行5次碾壓即可滿足標準要求。

4 新舊路基結合處沉降監測分析

4.1 觀測點布置

本文在試驗段內選取兩個監測斷面監測路基沉降情況，這兩個斷面分別位于路基填筑斷面的兩側。在每個監測斷面處，都需要布置沉降管與沉降板在舊路基、新路基、新舊路基結合處的監測點上進行監測[4]。具體監測點布置圖如圖1所示。

對舊路基進行沉降監測是為了分析施工和施工后舊路基荷載變化對舊路基本體造成的影響。觀測點布置在距新舊路基交接處20 cm的舊路基上[5]。新路基監測點位于新路基的中心位置。新舊路基結合處的監測點位于臺階上。

4.2 沉降監測結果分析

4.2.1 舊有路基頂面沉降監測結果

對選定的監測路段進行舊路基的監測數據分析，整理了兩個斷面的監測結果，繪制出曲線圖如圖2所示。由圖2可得，舊路基沉降量較小，最大沉降值為0.366 cm，平均值為0.337 cm。觀測的前60 d沉降增長速度較快，60 d之后則逐漸減慢，最后趨于平緩。監測結果表明，路基拓寬后，對舊路基影響較小，整體路基質量不會受到明顯影響。

4.2.2 新路基沉降監測結果

對選擇的兩個橫斷面進行新路基沉降監測，監測點位布置在新路基中心處，記錄左、右兩側路基隨填筑高度和時間的變化數據，繪制出曲線圖如圖3所示。由圖3可得，隨著填筑高度增大和時間的推移，新路基累計沉降量增大，最大沉降量為1.347 cm，沉降量平均值為1.077 cm，沉降量大，路基有產生縱向裂縫的可能。

4.2.3 新舊路基結合處沉降監測結果

對選擇的兩個橫斷面的新、舊路基結合處進行沉降監測，記錄左、右兩側對應位置的路基隨填筑高度和時間的變化數據，繪制出曲線圖如圖4所示。由圖4可得，60 d之前，隨著填筑高度增大和時間的推移，新舊路基結合處累計沉降量增長速度較快，60 d以后的沉降量趨于平穩。新舊路基結合處的最大沉降量為0.624 cm，沉降量平均值為0.553 cm，均處于規范允許范圍內，不會對路基產生不良影響。

5 新舊路基不均勻沉降控制技術

在進行路基拓寬技術選擇時，應對需要拓寬的道路情況進行前期調查，了解拓寬路段的地質情況，分析道路性質和實際施工條件，從而制定出可行的施工方案，確保路基產生不均勻沉降時，能被及時發現和處理。

常見的拓寬路基處理技術有換填法、拋石擠淤法以及排水固結法等。為解決新舊路基沉降不均勻的問題，填筑時可盡量選用與舊路基相同的填料。通過提高路基的壓實度，嚴格遵守現行公路路基設計規范，確定合適的壓實參數，從而提高路基的銜接水平，以保證新舊路基的銜接效果。

在采用臺階開挖拼接技術時，需要根據工程要求，選擇合理的形式對臺階進行開挖。例如：標準臺階就是在舊路基結構削坡后，通過邊坡的實際情況來確定臺階的寬度和高度，其優點是方便開挖，缺點是臺階的實際施工寬度和高度往往達不到設計要求。

由于導致新舊路基產生不均勻沉降的因素較多，在選用沉降控制技術時，還應結合多種技術對實際控制方案內容進行細化，減少出現不均勻沉降問題的概率。

6 結束語

通過驗證試驗路段路基填筑的施工方案，分析壓實度與碾壓次數之間的關系，確定施工時的機械組合與施工參數，為實際施工做好各項前期準備工作。選擇兩個橫斷面進行沉降監測，分析舊路基以及新路基、新舊路基結合處的沉降監測數據可得，路基沉降量隨時間的增加而增加，但增加速度隨時間的增加而減小。對比3個監測位置的沉降量可得，新路基的沉降量最大，需要對新路基采取一定的不均勻沉降控制技術，如增加碾壓次數、使用土工合成材料、使用加筋土等工程方法，確保道路擴建工程能夠成功實施。

參考文獻

[1] 楊文超，李果.新舊路基不均勻沉降分析與控制技術研究[J].中國設備工程，2021（22）：251-253.

[2] 劉光明.軟土地基市政道路加寬工程路基差異沉降特性及處治措施綜述[J].中外公路，2018，38（2）：45-48.

[3] 王楹，姚占勇，張昊.強夯加固公路路基的工后沉降分析[J].公路交通科技（應用技術版），2016，12（3）：169-174.

[4] 蔣瑋.高速公路改擴建路基加寬段沉降監測分析[J].西部交通科技，2020（7）：53-55.

[5] 呂雙全.新舊路基不均勻沉降分析與控制技術研究[J].山東交通科技，2019（2）：63-65.