魏建國， 李　洋， 王　晶

(長沙理工大學(xué)， 湖南 長沙　410114)

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駐信高速改擴建工程路基沉降觀測研究

魏建國， 李洋， 王晶

(長沙理工大學(xué)， 湖南 長沙410114)

摘要：針對高速公路改擴建工程中路基拓寬的主要技術(shù)問題進行研究，結(jié)合河南省駐馬店到信陽高速公路改擴建工程，采用分析現(xiàn)場實驗與室內(nèi)試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)理論分析等方式，對路基沉降進行了研究，選擇未做地基處理斷面、水泥攪拌樁處理斷面以及CFG處理等3種斷面，每種斷面各取2個典型斷面做路基沉降研究，在觀測周期基本一致的情況下，分析和比較3種路基處理方式的沉降大小，穩(wěn)定性以及處理效果，比選出該地區(qū)最優(yōu)的地基處理方式。結(jié)果表明水泥攪拌樁和CFG樁處理過的工后沉降比土石方路基工后沉降量小得多，并且在駐信改擴建地區(qū)水泥攪拌樁的工后效果比CFG樁處理效果更好一些，總沉降量更少一些，此地基處理方案更適合駐信改擴建地區(qū)。

關(guān)鍵詞：高速公路； 改擴建； 地基處理； 沉降觀測

0引言

一些大營運量的高速公路開始經(jīng)常出現(xiàn)交通量飽和勢態(tài)，這主要是由于高速公路的交通量逐年增加，使得高速公路服務(wù)優(yōu)勢大打折扣，很難再和高速、快捷、暢通聯(lián)系在一起。像其他發(fā)達國家一樣在兩個目的地之間修筑數(shù)條相互獨立的高速公路，在中國這個經(jīng)濟發(fā)展狀況下是很難行通。對原有高速公路進行拓寬改建則是一個較為可行的辦法。在高速公路改擴建中，由于新老路基的填筑先后，造成路堤固結(jié)程度不同、承受荷載不同，即而新老路基的沉降變形模式也不同于普通一次成型的路基[1]。尤其對于路基為軟土等高壓縮性的土層，若不采取有效的工程措施，這種沉降差異將會在路基及路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生彎拉應(yīng)力，這種彎拉應(yīng)力和路面荷載共同作用于路面，加劇路面結(jié)構(gòu)的錯臺、裂縫、疲勞破壞等病害，降低路面結(jié)構(gòu)耐久性和縮短其使用年限，影響車輛正常安全行駛，造成巨大的經(jīng)濟損失。故拓寬路基差異沉降的控制是高速公路拓寬建設(shè)中的一項重要內(nèi)容[2]。

因此，解決新老路基差異沉降問題是高速公路拓寬改建工程的關(guān)鍵技術(shù)難題。在國內(nèi)已完成的高速公路拓寬改建工程，還沒有經(jīng)典的施工技術(shù)范例和實施參照規(guī)程，來指導(dǎo)今后的路基拓寬改建工程[3]。現(xiàn)有的很多路基拓寬工程處治后并不能達到預(yù)定的效果，通常會出現(xiàn)諸多路面和路基的常見病害，例如路基的開裂、路面裂縫、路基的錯臺等病害[4]。

本文通過長期的沉降觀測，著重分析了3種典型的路基處理方式的沉降大小和效果。在做沉降觀測的斷面中選擇2個典型斷面來分析沉降數(shù)據(jù)，以確定沉降大小，填筑期間路基是否穩(wěn)定。水泥攪拌樁以及CFG樁作為地基處理在駐信高速公路改擴建工程中應(yīng)用較為廣泛，在大量的觀測斷面中各選2個典型斷面分析沉降數(shù)據(jù)，以確定2種地基處理方式的處理效果。由于埋設(shè)時路基施工到96區(qū)第2層，故只能作路基表面的沉降觀測，可確定路基的整體沉降，確定路基穩(wěn)定的時間。

1沉降檢測方案

沉降觀測點采用道釘和沉降板，道釘(測點1)埋設(shè)于老路硬路肩靠近邊緣位置，沉降板(測點2、測點3)埋設(shè)于與道釘同一斷面的新路基中間位置以及路基邊緣內(nèi)側(cè)1 m左右位置，如圖1。

圖1　沉降觀測點布置示意圖

沉降板由鋼板、金屬測管和悶頭組成(如圖2)。隨填土的增高，測管亦相應(yīng)接高。接高后的測管上口應(yīng)加蓋悶頭，便于立尺。實際操作時，在第1層壓實面上挖土坑(深20～30 cm)，保證測管的豎直度，并使悶頭頂?shù)陀诂F(xiàn)碾壓面8～10 cm，隨即測量管頂標高(初讀數(shù))。在第2層土碾壓之后，開挖出管頭，測量此時管頂標高，該標高與上次標高之差，即為本層填土導(dǎo)致的沉降；在該管頂位置接上一節(jié)鋼管，埋好并人工壓實，應(yīng)始終保證管頂在碾壓面以下8～10 cm。如此往上接長測量管直至路堤頂面。鋼釘由采用普通鋼制鐵釘，需要有較高的硬度[5]，如圖2。

圖2　沉降板構(gòu)造示意圖及道釘設(shè)置圖

觀測頻率取決于沉降速率，務(wù)必使系統(tǒng)觀測的次數(shù)確實能反映出沉降過程，并使觀測數(shù)據(jù)在指定時間段內(nèi)反映可靠的沉降量，又不遺漏沉降變化的時刻。

加寬路堤填筑期沉降速率較大，觀測頻率應(yīng)高一些，一般每填筑1～2層或5～10 d觀測1次；預(yù)壓初期(1～2個月)每月觀測2～3次，后期沉降曲線一般走向平緩，可調(diào)整為每月觀測1次；加寬路面施工期沉降曲線走向平緩，可以每層觀測1次，若下層與上層施工間隔較長，可適當(dāng)增加次數(shù)[6]。

2土石混填路基沉降觀測研究

選取典型的沉降觀測斷面K18+680左幅(斷面1)以及K18+680右幅(斷面2)2個斷面，由資料可知兩斷面均為土石混填路基，填高均為6.2 m，K18+680左幅開始觀測時間為2014-05-01，K18+680右幅開始觀測時間為2014-06-07，右幅由于施工現(xiàn)場各種原因觀測點埋設(shè)時間晚了1個月。K18+680右幅原地面由于表層2 m左右為軟土路基，采用土石料做了換填處理。斷面1(圖3)以及斷面2沉降觀測數(shù)據(jù)如圖4和圖5。

由圖4、圖5可知斷面1和斷面2的沉降最大點均為測點2，累計沉降分別為34.88 mm、30.12 mm；沉降最小點為測點1，累計沉降分別為12.59 mm、5.6 mm；測點3沉降居中。分析原因可能是測點2位置接近新路基填筑的重心位置，且過往施工車輛多從新路基中部通過故測點2沉降最大；累計沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第93天觀測值為1.28 mm/d，遠小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。兩斷面均為測點1沉降最小，分析原因可能是老路基經(jīng)過10 a運營路基沉降基本穩(wěn)定，但由于新路基施工的擾動故產(chǎn)生一定沉降，不過相對來說沉降較小，段面1、斷面2兩斷面測點1沉降僅為測點2的36.10%和18.59%，新路施工對老路有一定的影響，需要施工單位注意，避免對老路影響過大。

圖3　斷面1沉降板埋設(shè)以及沉降觀測

圖4　斷面1累計沉降-觀測時間曲線

圖5　斷面2累計沉降-觀測時間曲線

由圖4、圖5可以看出測點1、測點3觀測過程中有沉降上升的現(xiàn)象，測點1由于施工過程中新路基對老路基有擠壓作用，導(dǎo)致老路基有上升現(xiàn)象；測點3可能是由于施工擾動的原因。

通過對土石混填路基近4個月的觀測，路基沉降較小，說明按路基拼接施工工法施工的路基穩(wěn)定較好，滿足改擴建施工要求。

3水泥攪拌樁處理地基沉降觀測研究

水泥攪拌樁由于其工后效果較好，單價較低，因此在駐信高速公路改擴建工程中被大量使用。選取典型的的沉降觀測斷面K83+350右幅(斷面1)以及K57+250右幅(斷面2)，由資料可知斷面1為填土路基，填高為7.4 m，位于橋頭，路基填土為含砂低液限粘土，采用摻灰4%處理，石灰攪拌樁處理地基深度為8 m；斷面2為填石路基，填高為6.78 m，也位于橋頭，石灰攪拌樁處理地基深度為8 m。K83+350右幅開始觀測時間為2014-04-29，K57+250右幅開始觀測時間為2014-04-24，兩斷面觀測時間相當(dāng)。斷面1、斷面2觀測數(shù)據(jù)如圖6和圖7。

圖6　斷面1累計沉降-觀測時間曲線

圖7　斷面2累計沉降-觀測時間曲線

由圖6、圖7可知斷面1、2的沉降規(guī)律與圖4、圖5相似，測點2沉降最大，分別為11.07 mm、16.8 mm；測點1沉降最小，分別為2.93 mm，3 mm，測點3沉降居中。累計沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第79天觀測值為0.62 mm/d，遠小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。

由圖6可以看出第60天和第80天觀測時，斷面1的3個測點均發(fā)生沉降上升的情況，與沉降觀測規(guī)律不相符，分析原因可能是采用含砂低液限粘土填筑路基，觀測之前剛下過雨，含砂低液限粘土具有一定的膨脹性，雖經(jīng)過4%石灰處理但土質(zhì)仍然具有一定的膨脹性，故路基沉降上升。說明該斷面路基填筑施工時須注意雨水的及時排除。由于路基觀測時路基填筑還在進行，路基沉降還未趨向穩(wěn)定，因此還需要繼續(xù)觀測。

由圖4以及圖5可知地基未處理斷面沉降最大點為斷面1(K18+680左幅)的測點2，累計沉降為34.88 mm；水泥攪拌樁處理路基沉降最大點為斷面2(K57+250右幅)的測點2，累計沉降為16.8 mm，為地基未處理斷面最大沉降的48.17%，且K18+680左幅與K57+250右幅填高相近，證明了水泥攪拌樁確實可以達到減少路基沉降的效果。

通過對水泥攪拌樁地基處理路段4個月的觀測，沉降很小，遠小于規(guī)范規(guī)定值，說明水泥攪拌樁處理后路基穩(wěn)定較好，水泥攪拌樁施工工法效果較好，滿足改擴建施工要求[7]。

4CFG樁處理地基沉降觀測研究

選取典型的沉降觀測斷面K34+400右幅(斷面1)以及K44+450右幅(斷面2)。由資料可知斷面1為填石路基，填高為5.9 m，位于橋頭，CFG樁地基處理深度為8 m；斷面2為填石路基，填高為5.6 m，也位于橋頭，CFG樁地基處理深度為8 m。K34+400右幅開始觀測時間為2014-05-01，K44+450右幅開始觀測時間為2014-05-06，兩斷面觀測時間相當(dāng)。斷面1、斷面2觀測數(shù)據(jù)如圖8和圖9。

由圖8、圖9可知斷面1、2的沉降規(guī)律與圖4、圖5相似，測點2沉降最大，分別為18.63 mm、16.57 mm；測點1沉降最小，分別為1.56 mm，3.42 mm，測點3沉降居中。累計沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第8天觀測值為0.33 mm/d，遠小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。

由圖4以及圖5可知地基未處理斷面沉降最大點為斷面1(K18+680左幅)的測點2，累計沉降為34.88 mm；CFG樁處理地基沉降最大點為斷面1(K34+400右幅)的測點2，累計沉降為18.63 mm，為地基未處理斷面最大沉降的53.41%，且K18+680左幅與K34+400右幅填高相近，證明了CFG樁確實可以達到減少路基沉降的效果。

圖8　斷面1累計沉降-觀測時間曲線

圖9　斷面2累計沉降-觀測時間曲線

通過對CFG樁地基處理路段4個月的觀測，沉降很小，遠小于規(guī)范規(guī)定值，說明CFG樁處理后路基穩(wěn)定性較好，水泥攪拌樁施工工法效果較好，滿足改擴建施工要求。

5結(jié)語

本文主要介紹了駐信高速公路改擴建工程按新舊路基拼接施工工法施工的路基以及水泥攪拌樁、CFG樁做地基處理路基的沉降觀測研究。對各自沉降觀測數(shù)據(jù)做了詳細的分析，并對沉降觀測數(shù)據(jù)做了比較。結(jié)論如下：

1) 按新舊路基拼接施工工法施工的土石混填路基沉降最大點為34.88 mm，累計沉降總體來說較小，日平均沉降最大值為斷面1第93天觀測值1.28 mm/d，遠小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。

2) 各觀測斷面的沉降最大值均為測點2，最小值為測點1，測點3沉降值居中。分析原因為：測點2位置接近新路基填筑的重心位置，且過往施

工車輛多從新路基中部通過故測點2沉降最大；測點1沉降最小可能是老路基經(jīng)過10 a運營路基沉降基本穩(wěn)定，但由于新路基施工的擾動故產(chǎn)生一定沉降，不過相對來說沉降較小，需要施工單位注意，施工時避免對老路影響過大。

3) 在選取3種路基處理監(jiān)測方案中，水泥攪拌樁的沉降量最小。水泥攪拌樁處理地基斷面沉降最大值為16.8 mm，日平均沉降最大值為斷面1第79天觀測值為0.62 mm/d，遠小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d，說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好，沉降滿足要求。沉降最大值為未做地基處理斷面沉降的48.17%，證明了水泥攪拌樁確實可以達到減少路基沉降的效果。在駐信高速改擴建地區(qū)的3種典型地基處理方式中，水泥攪拌樁的效果是最好的。相比傳統(tǒng)的土石方路基處理方式來講，水泥攪拌樁處理和CFG樁處理的工后效果較好，沉降量較小。相比CFG樁，水泥攪拌樁處理的效果更好，沉降量更小，并且造價相對CFG樁來說較低，故最經(jīng)濟實惠并且控制沉降效果最好的是水泥攪拌樁處理方式?？稍谠摰貐^(qū)優(yōu)先選用。

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文章編號：1008-844X(2016)02-0037-04

收稿日期:2016-02-25

作者簡介:魏建國( 1972-) ，男，博士，教授，研究方向: 道路與鐵道工程。

中圖分類號：U 416.1

文獻標識碼：A