屈增輝 中交一公局華南工程有限公司

1 前言

隨著國家經(jīng)濟持續(xù)快速增長，交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷改善，公路建設(shè)更是突飛猛進，很多現(xiàn)行的滿負荷道路勢必需要改擴建，道路的拓寬和搭接必定會存在新舊路基相互作用的問題。加寬新路基導(dǎo)致的失穩(wěn)破壞、新路基不均勻沉降導(dǎo)致的路面破壞、加寬新路基導(dǎo)致的邊坡?lián)p壞等，這些路基病害影響著公路的使用壽命，極大降低路面的服務(wù)性能，增加后期道路的養(yǎng)護成本，給行車安全帶來了較大的風(fēng)險。因此，對道路拓寬過程中新舊路基拼接差異沉降產(chǎn)生機理及其防治措施已成為公路改擴建過程中的一個重要研究課題。

2 工程概況

省道S540線平岡至陽江港段改建工程路線全長8.412km，全線新建中橋2座，涵洞37道，設(shè)計時速80km/h，采用雙向四車道一級公路標準建設(shè)，路基寬度24.5m，新建路段采用28cm水泥混凝土路面+改性瀝青稀漿封層+透層+18cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+18cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+15cm級配碎石墊層。

特別是近年來現(xiàn)行省道S540線平岡至陽江港段公路重交通量日益增長，根據(jù)交通量調(diào)查，該線路屬于特重交通等級。現(xiàn)狀路面經(jīng)過多年的超負荷運營，既有路面局部路段存在嚴重破損，全線斷板錯臺嚴重，主要的病害有破碎、跳車顛簸、裂縫、板角斷裂坑洞、面板不均勻下陷、板脫皮露骨等，超負荷重載重車成為路面損壞的主要原因，此外沿線局部排水設(shè)施破壞，缺乏養(yǎng)護也是因素之一。

本文以兩車道加寬為四車道的一級公路拼接加寬為研究對象，分析單側(cè)加寬的沉降特性，基于特重交通荷載下新老路基拼接差異性沉降對路面的影響，提出新老路基采用碎石土填筑，結(jié)合老路基邊坡臺階開挖，鋪設(shè)土工格柵加筋，超載預(yù)壓多項舉措來共同處治路基不均勻沉降。

圖1 新舊路基示意圖

3 沉降觀測

3.1 觀測方案

綜合考慮地基處理形式、填土高度、施工監(jiān)測要求等因素，選取水泥攪拌樁+砂墊層+碎石墊層+土工格柵+碎石墊層+土工格柵+路基壓實層+等載預(yù)壓為對象，分別在路肩路中埋設(shè)沉降板，布設(shè)2個不同水泥攪拌樁間距（1m、1.5m）的觀測斷面?？刂坡返痰奶钪俾?，結(jié)合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，加速地基沉降和固結(jié)，達到安全系數(shù)穩(wěn)定要求，確定預(yù)壓卸載施工路面的時間，預(yù)計工后沉降的發(fā)展。

3.2 埋設(shè)及觀測要點

按照設(shè)計要求，沉降板由具有一定強度和剛度的鋼板、測桿和保護套管組成，測桿與沉降板焊接為一體，保護套采用塑料套管。在埋設(shè)地點挖60cm×60cm×60cm的土坑，底板應(yīng)墊平壓實，沉降板在制作過程中應(yīng)與測桿保持垂直。魚塘和軟土路基段沉降板在填筑砂墊層之后，填土之前埋設(shè)完成。測桿接長方式采用螺紋連接，套管也相應(yīng)接高，套管尺寸能使標尺進入測頭即可，連接以后應(yīng)立即測量標高，帽蓋封住套管口，避免填料落入管內(nèi)影響測桿傾斜影響數(shù)據(jù)，測桿周邊用小型夯實機夯實，懸掛標識牌，以作警戒，避免觸碰，影響數(shù)據(jù)真實性。

圖2 沉降板埋設(shè)示意圖

3.3 觀測結(jié)果及分析

在K24+775、K24+820兩個斷面的路基中心和路肩位置的樁頂和樁間土位置分別埋設(shè)沉降板，經(jīng)過數(shù)據(jù)整理，得到不同樁間距填土荷載、時間與沉降曲線如圖3、圖4所示。

圖4 K24+820（樁間距1.5m）斷面中心樁頂及樁間土沉降-時間-荷載過程線

沉降數(shù)據(jù)分析：

（1）隨著路基填土荷載的增加，樁頂和樁間土沉降數(shù)據(jù)逐漸增加，樁間土沉降略大于樁頂沉降。

（2）隨著樁間距的增加，沉降量相應(yīng)增大。1m樁間距處理段中樁頂與樁間距沉降平均約為4cm，1.5m樁間距處理段中樁頂與樁間距沉降平均值約為6cm。水泥攪拌樁加固了軟土層，樁間距的調(diào)整，可以有效控制路基的不均勻沉降，通過水泥攪拌樁處理過的軟土層能夠承受較大的承載力。

（3）超載預(yù)壓期沉降所占比例較大，可以有效減少工后沉降。

4 沉降原因分析

4.1 地質(zhì)水文條件

本項目沿線地表水系統(tǒng)較發(fā)育，水量較為豐富，主要以河溝、魚塘的形式分布。水位受地形地貌、氣候條件季節(jié)性等因素而變化。沿線屬沖積平原，表層分布1.50m～3.20m厚的人工填土層，其下分布有淤泥質(zhì)黏土層，大部分地段軟弱土層分布厚度較大，工程地質(zhì)條件較差。巖層的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育，河流洪水位、降雨量、溫濕度、地下水等，均需制定相應(yīng)的防排水及加固措施。對于水泥混凝土路面，過程中沿線排水設(shè)施布置不完善，經(jīng)超負荷重載反復(fù)作用，路面遭到破壞，地表水下滲、掏空、加劇裂縫擴張并進一步導(dǎo)致路面的破壞。

因地制宜的路表排水系統(tǒng)設(shè)計，以及路基土層的應(yīng)力、自身重力遠小于固結(jié)應(yīng)力時，相當于為路基路面結(jié)構(gòu)及車輛荷載預(yù)留了較大應(yīng)力空間，保證了路基的長期穩(wěn)定。

4.2 施工方面的原因

（1）施工材料管控不到位、過程排水、加固措施不合理、施工人員對填筑厚度、壓實度不要求，質(zhì)量不佳，極易導(dǎo)致路基失穩(wěn)。

（2）路基拓寬過程中，對新老路基結(jié)合部范圍內(nèi)的垃圾土、種植土、草皮等雜物清理不徹底，填料的材質(zhì)透水性、質(zhì)量存在差異，導(dǎo)致不協(xié)調(diào)變形，為路基失穩(wěn)和路面開裂等病害留下了隱患。

（3）臺階的開挖，未設(shè)置合理的開挖級數(shù)和開挖尺寸，大部分根據(jù)經(jīng)驗而定，未經(jīng)計算分析。臺階尖部沒有足夠的抗尖強度抵抗剪應(yīng)力，沒有足夠的寬度抵抗位移引發(fā)的扭轉(zhuǎn)力，使得路堤的沉降未在每個臺階被分層消除。

（4）舊路基兩側(cè)長期經(jīng)雨水侵蝕較為脆弱，新舊路基結(jié)合部施工位置受地形限制，特別對于加寬漸變路段，很難形成整體，大型壓路機無法施展，壓實度很難保障，極大降低了抗變形能力。舊路加寬后，行車荷載分配到新填路基上，在重車荷載力的傳遞作用下，進一步加劇工后沉降，新舊基層結(jié)合部強度不足，從而產(chǎn)生差異沉降，出現(xiàn)裂縫。

（5）拓寬后的路基壓實度不夠，很多改擴建路基取土?xí)r，直接就近取料，就造成了土質(zhì)的不均勻并且雜亂，和實驗室確定的標準擊實試驗所得的壓實度控制量有較大的出入，最終可能導(dǎo)致拓寬路基的壓實度不滿足設(shè)計要求。

4.3 路基填料

路基填料為一般土體，很多拓寬用土為就近取土，標準試驗土樣和現(xiàn)場實際施工點存在土質(zhì)差異，土質(zhì)雜質(zhì)粗粒徑過多，含泥量過大，含水量不均，施工每層填土過厚，壓實遍數(shù)不足。填料質(zhì)量不合格，施工不規(guī)范導(dǎo)致路堤邊坡容易失穩(wěn)。

除了有效控制路基的施工質(zhì)量、工后沉降外，局部路段路側(cè)排水設(shè)施被破壞導(dǎo)致路面積水不能及時排干、加之受經(jīng)濟條件限制，缺乏正常的養(yǎng)護和維修，也是路面破損嚴重的因素之一。

4.4 新老路基剛度變化不一

新老路基結(jié)合部，新材質(zhì)、厚度、質(zhì)量等和原有路面結(jié)構(gòu)不同，在結(jié)合部位，產(chǎn)生一個界面。老路基長時間承受荷載后，已經(jīng)經(jīng)過多次的振動，沖擊，并且經(jīng)過多年的自然沉降，其已經(jīng)非常接近或者達到其最大干密度，其自身較為穩(wěn)定。而新填筑路基，即使嚴格的控制施工質(zhì)量，由于兩者之間的材料不同，難免會產(chǎn)生沉降差異。

4.5 其他原因

（1）工程管理不嚴格。

（2）工期較短，新擴建路基沉降未到位。

（3）行車荷載原因，路基擴建后，新擴建路基作為重車道使用，其所受荷載要大于原有路基所受的荷載，可能引起沉降的發(fā)生。

5 處理措施

（1）綜合考慮各方面因素，根據(jù)現(xiàn)場實際選取合適的地基處理方式并保證其后期的施工質(zhì)量，復(fù)合地基法（水泥攪拌樁），在水泥攪拌樁處理段設(shè)置超載預(yù)壓可以使地基沉降在較短的預(yù)壓期完成達到穩(wěn)定狀態(tài)，從而有效減小工后沉降。

（2）邊坡削坡和臺階開挖，路基邊坡坡度大多選用1∶1.5，確定開挖范圍、坡度、深度及土質(zhì)分層情況，舊路基削坡越陡，路基頂面沉降越大，根據(jù)不同路基處理方式、路基填料等應(yīng)采取不同的臺階開挖施工方式，過程中避免誘導(dǎo)坍塌或者孤石跌落。老路基削坡清除老路邊坡一定深度的不合格土，草皮雜物等，另一方面也為新路堤地基施工提供工作平臺。開挖臺階注意土層的變化，盡量保持與老路基土層厚度一致，使其更好的有效結(jié)合，增強新老路基的接觸面積，為后期土工材料提供錨固平臺，相互制約，提高路基整體穩(wěn)定性。必要時人工削坡，減少超挖或者欠挖，施工過程注意控制填筑速率，設(shè)置臨時排水設(shè)施，避免沖刷。

（3）土工合成材料的采用，采取最經(jīng)濟合理的方案，路基填土達到一定高度，選取哪一種（土工格柵、土工織物、復(fù)合材料）注意鋪設(shè)工藝及搭接方法，鋪設(shè)具體到哪一層，鋪設(shè)后的質(zhì)量檢測等，充分發(fā)揮其嵌鎖作用。該項目采用土工格柵，土工格柵具有多孔結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)格與路面材料摻和在一起，提高土體抗拉強度，將上下不同粒徑填料隔離開來，防止填料下陷，形成穩(wěn)定整體，有效分散傳遞荷載，提高地基的承載力、路基的穩(wěn)定性，路面的平整度，防止路面產(chǎn)生裂紋。

（4）必須分層填土，保證寬度，分層夯實，控制路基壓實度的同時，填方高度，將原土路肩重新碾壓，減小工后沉降，土質(zhì)新老路基盡量保持一致。

（5）控制填料，采用透水性較好的材料如砂礫、碎石等，適當?shù)木彌_，碎石土具有沉降量小，壓縮模量大的特點，換填相同填筑層的情況下，采用碎石土填筑新路基底部層位，比填筑較高層位，減少沉降的效果較好，同時可以采用輕質(zhì)填料如粉煤灰等，提高路基承載力，荷載會小于產(chǎn)生下沉量的應(yīng)力，良好的力學(xué)性能能較好地解決過度沉降和差異性沉降，效果明顯。

（6）嚴格控制施工質(zhì)量，新路基施工時，對于各項指標要進行嚴格控制，從原材料到施工工藝上，都應(yīng)把好質(zhì)量關(guān)，降低沉降風(fēng)險。

6 結(jié)束語

施工過程中，基底處理是基礎(chǔ)，保證施工質(zhì)量，不偷工減料、確保填土厚度；在新老路基結(jié)合部位，提高壓實度要求，加強對一切雜物的徹底清理；控制開挖面的尺寸，填筑新路基時要注意減小機械對老路基的擾動破壞；合理控制土工格柵長度、錯固程度、格柵上下填料料徑，以保證土工格柵得到有效的利用。

施工時還要注重排水措施，保證路基免受雨水滲透、沖刷等的影響。

無論采用何種處治措施來削減加寬工程中的病害，都需要施工過程質(zhì)量的保證。