王志偉

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧沈陽 110000）

1 高速公路路基差異沉降特性

1.1 差異沉降機(jī)理

一般情況下，采用兩側(cè)對稱加寬的方式對高速公路進(jìn)行拓寬作業(yè)，但老路基的施工通常都會比新路基早十幾年甚至幾十年，當(dāng)進(jìn)行新路基的施工時(shí)，老路基早已完成固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降，地基也已到達(dá)穩(wěn)定的程度，幾乎不會再出現(xiàn)變化，而新路基則不同，其需要經(jīng)過一個(gè)漫長的時(shí)間才能完成建設(shè)初期的固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降，因此二者還會在運(yùn)營期內(nèi)發(fā)生，這就是差異沉降機(jī)理，也是導(dǎo)致差異沉降發(fā)生最主要的原因。同時(shí)，新路基自身的附加荷載會在新老路基共同的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一定的差異附加應(yīng)力，從而出現(xiàn)新的差異沉降，一旦出現(xiàn)這種情況，會嚴(yán)重影響高速公路的施工或者運(yùn)營，而采取不當(dāng)?shù)拇胧﹦t會讓差異沉降越來越大，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致老路基出現(xiàn)拉裂或者新路基出現(xiàn)開裂，嚴(yán)重危害公路施工和運(yùn)營安全。

1.2 差異沉降特征

（1）豎向位移。通過對路基進(jìn)行拓寬作業(yè)后的豎向位移進(jìn)行對比可以看出，其豎向位移有著明顯的變化[1]。在開始進(jìn)行拓寬作業(yè)之前，老路基的沉降分布特點(diǎn)為邊緣小、中間大，即豎向位移的最大值出現(xiàn)在老路基中心線的位置，而這樣的沉降分布規(guī)律和新建路基表現(xiàn)出來的是相同的；在完成路基的擴(kuò)寬作業(yè)之后，老路基右側(cè)的沉降在不斷增加，但此時(shí)沉降的最大值卻出現(xiàn)在新路基下方一定深度的位置，然后不斷地減小，將其繪制成圖后發(fā)現(xiàn)，其表現(xiàn)為鐘形。

（2）水平位移。通過將老路基和新路基的水平位移進(jìn)行對比可以看出，在進(jìn)行路基拓寬作業(yè)之前，水平位移的最大值出現(xiàn)在老路基下方的路基上，但此時(shí)路基中心線位置的水平位移卻為零；當(dāng)路基拓寬作業(yè)完成后，水平位移的最大值卻出現(xiàn)在新路基上，此時(shí)，在新老路基拼接位置的左側(cè)以及老路基較為中心的位置，水平位移值呈現(xiàn)出減小的趨勢，而在新老路基拼接位置的右側(cè)，水平位移值呈現(xiàn)出增大的趨勢。

（3）豎向應(yīng)力。在對路基進(jìn)行拓寬作業(yè)時(shí)，路基頂面的位置會出現(xiàn)最大的豎向應(yīng)力值，而且其會隨著地基深度的加深而減小；當(dāng)最大豎向應(yīng)力值不斷增加時(shí)，其位置則會不斷靠近新路基中心的位置。

2 路基沉降原因

2.1 填料質(zhì)量

路基的差異沉降在很大程度上會受到路基填料質(zhì)量的影響。不同的填料會有不同的性質(zhì)，而且會讓路堤地面產(chǎn)生不同的附加應(yīng)力，從而產(chǎn)生不同的地基變形量，造成差異沉降的產(chǎn)生。所以，想要在最大程度上減小路基的差異沉降，就需要確保路基填料的均勻性和強(qiáng)度[2]。

2.2 土體自重引起的天然沉降

在山區(qū)修建高速公路，路基都會表現(xiàn)出工程量大、填方高的特征，而此時(shí)路堤的填土就會變成整個(gè)公路的附加荷載，其會在一定程度上讓天然的地基出現(xiàn)沉降變形，路堤的填土高度和土質(zhì)會影響到沉降變形的大小。路堤的填筑高度越大，地基就要承受更多的應(yīng)力，地基的沉降量也會隨之增大。

2.3 路基壓實(shí)度

路基填料壓實(shí)度越大，路基填土本身的沉降量會越小，想要促進(jìn)高填方路基沉降的有效減少，就需要盡量提高路基本身的壓實(shí)度。在對山區(qū)高速公路進(jìn)行施工時(shí)，需要選擇合格的路基填筑材料，確保施工機(jī)械和填筑方法的有序合理，這樣才能在最大程度上確保路基的壓實(shí)程度，在公路投入使用之后，也不會因?yàn)檐囕v荷載的重復(fù)作用而出現(xiàn)沉陷和變形，增加公路的使用壽命。

3 路基差異沉降的技術(shù)治理措施

3.1 確定樁間距

在進(jìn)行復(fù)合地基設(shè)計(jì)的過程之中，最需要考慮的因素就是樁間距，選取3 m，2.5 m，2 m這3種不同的樁間距，通過一系列的計(jì)算，得出了地基沉降具體的數(shù)值，并用預(yù)應(yīng)力管樁和得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表1是具體計(jì)算結(jié)果。

表1 復(fù)合地基下不同沉降值的計(jì)算結(jié)果

通過表1的內(nèi)容及數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)樁間距從3 m減小到2 m時(shí)，對應(yīng)的峰值分別增加了11.13%，19.42%，14.65%，地面峰值也存在不同程度的增加。因此，通過表1中的對比發(fā)現(xiàn)，樁間距對于復(fù)合地基產(chǎn)生的沉降影響相對比較大。通過一系列的分析可以得出，想要對路基沉降效果進(jìn)行有效把控，將樁間距控制在2.5 m的效果最佳。

3.2 確定樁模量

在進(jìn)行高速公路地基的設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)考慮樁體剛度帶來的影響。為了有效分析不同樁體模量所起到的作用，將樁間距控制為2.5 m，然后分別取50 GPa，40 GPa，30 GPa這3種不同情形的模量進(jìn)行對比，表2是不同情況下得到的沉降值。

表2 復(fù)合地基在不同樁模量情況下的沉降值

通過對表2進(jìn)行分析可以看出，沉降的效果會隨著預(yù)應(yīng)力模量的減小而變得更不明顯。當(dāng)樁模量從50 GPa下降到30 GPa時(shí)，與無樁的最大沉降進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)其都有不同程度的增加。但是從數(shù)值的差異來看，選取50 GPa，40 GPa以及30 GPa，3種不同情況下沉降的增加程度基本相同，因此，從降低沉降效果以及整個(gè)工程造價(jià)2個(gè)角度出發(fā)，只需要選取模量30 GPa便能滿足工程的需求。

3.3 確定樁長

在公路工程設(shè)計(jì)和施工的過程中，值得注意的另外一個(gè)因素就是樁長，因此，為了有效分析樁長對整個(gè)公路地基沉降產(chǎn)生的影響，先將樁間距設(shè)定為2.5 m，將模量確定為30 GPa，分別取9 m，8 m，7 m的樁長對預(yù)應(yīng)力管樁沉降的峰值進(jìn)行計(jì)算并對計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行比較。表3是相關(guān)數(shù)據(jù)。

表3 復(fù)合地基在樁長不同時(shí)的沉降值

通過計(jì)算得到的表3值可以看出，隨著預(yù)應(yīng)力長度的不斷減小，降低沉降的效果越來越不明顯，如果沒有設(shè)置樁作為參照物，隨著樁長度的不斷減小，最大沉降值會不斷增加，且沉降峰值也會逐漸增加。根據(jù)上述的數(shù)值分析可以看出，路基表面的最大沉降量及最大差異沉降都隨著樁長的減小而增加，而且整個(gè)變化幅度在不斷地減小。樁體長度為8 m時(shí)，能很好地限制新老路基出現(xiàn)的差異沉降，因此，將預(yù)應(yīng)力的樁長設(shè)置為8 m[3]。

3.4 確定墊層材料

不同的公路建設(shè)項(xiàng)目，使用到的墊層材料的剛度也是不同的，本研究分別取 70 MPa，50 MPa，30 MPa，10 MPa 這 4 種不同墊層材料的模量來進(jìn)行對比分析，表4是相關(guān)數(shù)據(jù)。

表4 復(fù)合地基在不同剛度墊層材料下的差異沉降量

通過表4的數(shù)值可以得到，隨著材料剛度的不斷減小，沉降效果會越來越不明顯，而且其頂面的最大沉降差呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢。隨著墊層材料的不斷減小，最大差異沉降的線性則表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。雖然，上述的結(jié)果都呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢，但上漲幅度并不大，因此，在實(shí)際施工過程中，選取墊層材料的模量只需要達(dá)到10 MPa就能滿足施工的需求[4-5]。

4 結(jié)束語

在對山區(qū)高速公路進(jìn)行拓寬作業(yè)后，新老路基會出現(xiàn)不同程度上差異沉降，最主要的表現(xiàn)就是新老路基在豎向位移、水平位移以及豎向應(yīng)力等方面表現(xiàn)出的不同，所以，如果需要對高速公路進(jìn)行拓寬作業(yè)，則要盡可能地將減小差異沉降作為施工技術(shù)的基礎(chǔ)，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)和一系列分析得出：樁間距2.5 m，樁模量30 GPa，模量墊層材料10 MPa為最佳需求。

［1］沈鳳娟.高速公路單側(cè)拓寬工程新老路基差異沉降的研究［D］.石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2015.

［2］張永清.山區(qū)高速公路路基差異沉降特性與控制措施研究［D］.西安：長安大學(xué)，2009.

［3］翁效林.高速公路拓寬路基差異沉降控制技術(shù)研究［D］.西安：長安大學(xué)，2009.

［4］傅珍.高速公路拓寬工程路基差異沉降及控制技術(shù)研究［D］.西安：長安大學(xué)，2007.

［5］傅珍，王選倉，陳星光，等.拓寬路基差異沉降特性和影響因素［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2007（01）：54-57.