陸亞紅

（華設檢測科技有限公司,江蘇 南京 210014）

0 引言

在高速公路改擴建工程建設施工中，為避免出現(xiàn)路基差異沉降、坍塌或斷裂事故的發(fā)生，需要提前對加寬路基開展差異沉降的試驗檢測，確保加寬路基施工質量符合設計標準和通行要求。該文通過分析加寬路基差異沉降形成的內在原因，對加寬高填路基差異沉降標準進行設定，獲取加寬路基差異沉降參數(shù)，采用加設反壓法實現(xiàn)加寬路基差異沉降的控制，更好地對加寬路基結構均衡施工和對路基沉降控制，以期能夠為同類工程施工提供參考。

1 高速公路加寬路基差異沉降檢測分析

按照現(xiàn)行的高速公路建設施工標準及要求，高速公路路基在改擴建加寬過程中要嚴格控制新、舊路基間的差異范圍。一般情況下，要求公路舊路基與改擴建加寬路基的路拱橫坡度的工后增大值不能＞0.5%[1]。如果對路基差異沉降施工不當，會出現(xiàn)新加寬路基部分沉降值較小，但舊路基部分仍然會發(fā)生較大的沉降，從而導致整體路面的橫向平整度較差，甚至還會出現(xiàn)路基折點、反坡以及凹形等問題。

1.1 施工質量導致路基差異沉降

在高速公路改擴建工程加寬路基施工期間發(fā)生的路基沉降現(xiàn)象，應對其沉降原因展開試驗檢測分析。為了充分了解加寬路基的差異沉降問題，施工單位在作業(yè)時會采取有效方法，對各個流程的施工作業(yè)實行嚴格管控，切實保障施工質量，避免發(fā)生沉降問題。

1.2 材料原因導致路基差異沉降

在路基施工期間若是出現(xiàn)了沉降情況，應對建設材料開展檢查，根據(jù)工程施工需求檢驗建材質量能夠符合標準要求，確保材料投入使用后能夠確保其性能的發(fā)揮。要對各種施工原材料及性能參數(shù)進行詳細比較，對材料的含水率、壓實度、CBR等性能水平開展檢測分析，避免因材料質量問題而引發(fā)施工路基產(chǎn)生沉降問題。

1.3 自然原因導致路基差異沉降

高速公路改擴建工程施工建設中，路基穩(wěn)定性和施工現(xiàn)場地質狀況存在較為緊密的聯(lián)系，如果是施工地基土質具有較高的黏性，此類土質不易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，卻也會導致路基的大面積沉降；若是土質黏性較低，則在此種環(huán)境下容易出現(xiàn)滲水問題，即使出現(xiàn)沉降，也僅僅是局部性的；如果是路基周邊水體比較豐富，路基在長時間遭受水體的沖蕩作用下，就會使土壤之間的結合性大大減弱，進而引起地基開裂問題[2]；如果是不同氣候下溫度差相對較大，路基內部的溫度變化會形成熱脹冷縮和不均勻問題，容易引發(fā)路基形成裂縫。路堤壓實度應符合表1中的標準要求。

表1 高速公路路基壓實度要求

1.4 加寬路基施工壓實度檢測

高速公路改擴建中的加寬路基整體強度回彈模量和彎沉值都要達到鋪筑路面底基層要求。但在具體的施工中，由于新、舊公路路基結合處臺階根部的壓實工作施工難度很大，施工無法達到設計要求。壓實度的準確性很難進行科學的測量，很多因素都會影響到它的最終測量結果，比如土質差異、壓實遍數(shù)、水潮濕等，此時的改擴建路基很可能已經(jīng)出現(xiàn)了形變，從而加大了路基原本的橫向不均勻沉降問題，便會導致路面出現(xiàn)縱向裂縫[3]。路面壓實度控制標準如表2所示：

表2 壓實度控制標準

2 改擴建工程加寬路基差異沉降形成原因

高速公路改擴建工程中，由于原有的路基在受到長久運行及外部環(huán)境等因素影響下已經(jīng)基本處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，原有路基的固結與次固結沉降也早已形成，在通車荷載與路基自重的長時間作用下，軟土地基中的水分早已排出完畢，土顆粒骨架間已基本無蠕變現(xiàn)象，路基結構和性能也處于穩(wěn)定狀態(tài)。而對于改擴建的新路基而言，其在施工階段及運行一段時間之后都會發(fā)生一定的初始沉降（但主要還是會發(fā)生在施工階段）、固結沉降以及次固結沉降，并且固結與次固結持續(xù)時間會比較久，直至高速公路運行一段時間后才會逐漸趨于穩(wěn)定[4]。因此，在這類因素的影響和作用下，高速公路新、舊路基會因沉降程度的不同而在拼接處產(chǎn)生一定的錯臺現(xiàn)象，也就是差異沉降。

2.1 加寬路基差異沉降段連接縫隙問題

隨著交通荷載壓力的持續(xù)增加，沉降段路基如果無法持續(xù)完好地保持堅固狀態(tài)，將會導致加寬路基出現(xiàn)大面積的變形或沉降，應有效緩解車輛在行駛過程中對加寬路基差異所產(chǎn)生的壓力，保障高速公路的行車安全。高速公路改擴建工程新老路基施工參數(shù)值如表3所示：

表3 新老路基參數(shù)表

2.2 加寬路基差異沉降變形勘測分析

為了全面掌握高速公路新舊路基搭接處存在的差異沉降變形情況，施工過程中需要對其開展差異沉降變形的勘測工作。為減小測算的誤差，一般利用橫剖儀對高速公路路基沉降變形進行測量，其工作原理是將橫剖儀插入新舊路基的橫剖管內，通過觀測橫剖儀顯示的數(shù)據(jù)判定出具體沉降數(shù)值。相較于其他路基差異沉降測量方法，橫剖儀更有利于對路基差異沉降變形的勘測，讀數(shù)更準確，穩(wěn)定性也更好。在實際勘測過程中，一般來講，新舊路基拼接位置沉降量最大，約為8.5 cm；新路基邊坡位置沉降量最小，也達到了7.50 cm，而對橫剖管的開挖、埋設則需要在填筑新路基約1 m左右的位置施工。最后，在完成路基填筑施工后，路基差異沉降曲線會趨于平緩，表明沉降趨于穩(wěn)定。在對新路基的填筑施工中，橫剖儀位置的豎向沉降會迅速增長，同時與新舊路基結合處位置相近，其沉降變化最大。完成各項施工之后，橫剖儀埋設位置的沉降量均控制在10 cm以內，且每天沉降速率均在5 mm以下，可以滿足規(guī)范要求。

3 加寬路基沉降試驗檢測方法分析

針對高速公路加寬路基所存在的差異沉降檢測，一般采用小型物理模型對此進行試驗檢測是一種比較可行的辦法。由于在巖土工程中，常用的土工離心模型實驗可以解決由于模型本身的重量導致的應力低于原型以及模型材料具有明顯的非線性特性而無法重現(xiàn)原型特點的難題。通過離心模型試驗，研究高速公路改擴建施工中路基加寬處理施工工藝，采用有限元分析并與現(xiàn)場試驗結果進行比較。對無加筋路堤以及不同加筋工況下的拓寬路基進行試驗，研究各種工況下的路面沉降的具體分布情況，掌握新、舊路基差異沉降特征、路基內部變形特征以及相應管樁復合地基樁基的位移情況，有效提高高速公路改擴建施工中路基的穩(wěn)定性和安全性。在對路基沉降分析中，采用分層綜合法計算新加寬部分路基的地基總沉降量[5]，以無側向變形條件下土的壓縮量公式為基礎，設定舊路基下的地基已趨于完全固結，參照《公路路基設計規(guī)范》（JTGD30—2004）擬定新、舊路基結合部位沉降標準為工后沉降值應該≤10 cm[6]。

為了保證計算結果的準確性和科學性，應該在計算過程中對各項參數(shù)進行必要的檢驗，保證其有效性。如果原路基固結變形仍在繼續(xù)，而地基出現(xiàn)明顯的側向變形的話，應該根據(jù)可反映路基側向變形的二維理論進行沉降和固結變形值的計算[7]。該文以實際高速公路拓寬部分的路堤寬度8.5 m計算，經(jīng)現(xiàn)場勘查測試分析得知，在高速公路路基填高后，其加寬路堤引起的舊路基橫坡沉降數(shù)值如表4所示。

表4 路基填高后舊路基橫坡變化數(shù)值表

3.1 水泥性能試驗檢測分析

針對加寬路基施工中所使用的水泥（即普通硅酸鹽水泥）開展試驗檢測分析，采用的試驗檢測儀器設備包括電動勃氏透氣比表面積儀（DBT-127型/SN48）、微機控制壓力試驗機（WHY-300/10型/SN49）、水泥凈漿攪拌機（NJ-160A/SN33）、水泥膠砂攪拌機（JJ-5/SN34）、低溫循環(huán)水?。═DHWY-30/SN39）、沸煮箱（FZ-31A/SNO5）、水泥膠砂振實臺（ZS-15/SNO7）、電子天平（JM-A20002/SN22）等。水泥檢測的參數(shù)指標種類包括其密度（g/cm3）、細度（%）、比表面積（m2/kg）、標準稠度用水量（%）、凝結時間（min）、安定性（雷氏法）（mm）、膠砂流動度（mm）、抗折強度（MPa）以及抗壓強度（MPa）。最后，檢測的水泥樣品所檢參數(shù)都需要符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）中所規(guī)定的普通硅酸鹽水泥P·042.5的技術指標要求。

3.2 礦渣粉性能試驗檢測分析

針對加寬路基施工中所使用的礦渣粉開展試驗檢測分析，采用的試驗檢測儀器設備包括電動勃氏透氣比表面積儀（DBT-127型/SN48）、微機控制壓力試驗機（WHY-300/10型/SN49）、水泥膠砂攪拌機（JJ-5/SN34）、低溫循環(huán)水?。═DHWY-30/SN39）、箱式電阻爐（2.5-10/JL22）、水泥膠砂振實臺（ZS-15/SN07）、水泥膠砂流動度測定儀（NLD-3/SN11）、電子天平（JM-A20002/SN22）、分析天平（FA2004B/SN23）等。礦渣粉檢測的參數(shù)指標種類包括其含水量（%）、密度（g/cm3）、比表面積（m2/kg）、流動度比（%）、三氧化硫（%）、燒失量（%）、活性指數(shù)（%）、氯離子（%）、堿含量（%）、游離氧化鈣（%）、安定性（mm）以及氧化鎂（%）。最后，檢測的礦渣粉樣品所檢參數(shù)都要符合《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T18046—2017）S95的技術指標要求。

3.3 粉煤灰性能試驗檢測分析

針對加寬路基施工中所使用的粉煤灰開展試驗檢測分析，采用的試驗檢測儀器設備包括微機控制壓力試驗機（WHY-300/10型/SN49）、水泥膠砂攪拌機（JJ-5/SN34）、低溫循環(huán)水?。═DHWY-30/SN39）、箱式電阻爐（2.5-10/JL22）、水泥膠砂振實臺（ZS-15/SN07）、水泥負壓篩析儀（FYS-150B/SN10）、水泥膠砂流動度測定儀（NLD-3/SN11）、電子天平（JM-A20002/SN22）、分析天平（FA2004B/SN23）等。粉煤灰檢測的參數(shù)指標種類應該包括其細度（%）、（45 μm方孔篩篩余）、比表面積（m2/kg）、燒失量（%）、需水量比（%）、三氧化硫（%）、（SiO2·Fe2O3·Al2O3）總含量（%）、含水量（%）、安定性（雷氏法）（mm）、密度（g/cm3）、游離氧化鈣（%）、氯離子（%）、堿含量（%）、強度活性指數(shù)（%）以及氧化鈣含量（%）。最后，檢測的粉煤灰樣品所檢參數(shù)都要符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596—2017）F類Ⅱ級的技術指標要求。

4 結語

路基是公路工程的重要結構，其建設施工的質量會直接影響公路正常運行及使用壽命。針對高速公路改擴建工程中的加寬路基施工中，對加寬路基的差異沉降問題組織開展試驗檢測是非常有必要的，通過對路基結構的試驗檢測分析，準確判斷路基結構是否符合技術指標，便于工程技術人員真實掌握加寬路基的質量狀態(tài)及安全性能，進一步提高對加寬路基的施工水平，保證高速公路改擴建工程加寬路基的差異沉降值始終保持在合理范圍，確保高速公路的通行安全。