拼宽路堤沉降变形现场测试与分析

马昕宇

（山西省交通建设工程监理有限责任公司，山西 太原 030012）

一、概述

随着经济的高速发展，原有的高速公路设计通行能力已经逐渐不能满足车流量发展的需要，道路改扩建是提升道路等级或提高通行能力的常用方法，而路基拼宽是改扩建的重要环节。旧路改扩建后，由于旧路路基已经沉降多年，处于基本稳定的状态。而新建路基沉降时间短，新旧路基衔接处必将产生不均匀沉降的现象，如果这种不均匀沉降引起的路面结构层内附加应力超过了材料的抗拉强度或界面强度，则容易在新旧路基衔接位置产生纵向裂缝，导致路面病害。因此，进行高速公路改扩建时，有必要对路面采取相应的监控措施并对其进行分析。

在山西省第一条改扩建高速公路——长邯高速公路改扩建中，对K741+500断面进行了长期的沉降监测和地基水平位移监测，根据监测结果分析了拼宽段不同填筑高度时地基的变形规律，并得出填筑完成后地基变形随时间变化的规律，为准确把握路面施工的时机提供了依据，并据此对路基拼接质量做出评估。

二、拼宽路堤变形现场测试方案

（一）地基沉降监测

1、地基沉降监测方法

地基沉降的监控采用横剖管—综合测试仪进行。具体做法是将横剖管埋设在新填路堤的底部，用综合测试仪进行检测，将两次检测得出的数据进行比较，求得沉降差。该方法具有不受地面施工影响、可连续多点观测、精度可达0.5mm等优点。

综合测试仪由水平探头、电缆线和读数仪组成。水平探头通过设置在其上的两个间距为50cm的轮子在管中行走。探头一端通过电缆线与读数仪相连，可直接测得前、后测轮连线的倾角，不同位置时的倾角是变数，通过仪器中的软件将测得的倾角换算成测轮前、后两个接触点的高差，并通过存储仪采集获得数据，再使用专用数据线将数据传输到电脑中，最后将连续观测的高差与水准点相连，求得各点高程与沉降量。

横剖管横断面为圆形断面，内壁均匀光滑并具有良好的挠性、柔性和刚性。其埋设步骤为：

a.在原地面上挖沟，沟深不小于30cm；

b.将横剖管底部和周边用砂、土将沟填平、夯实；

c.在横剖管管口处做一平台（约40cm×40cm）作为参照平面；

d.在横剖管外延50m处设一固定水准点，每次观测时与管口现浇水准点连测可求得前、后测轮接触点的高程变量。

2、沉降监测点的设置

长邯高速公路改扩建工程在K741+500断面处设置了横剖管进行沉降变形监测。

3、观测频率

在路堤填筑期间，一般每填筑1～2层或5～10d观测一次；预压初期需每月观测2～3次。通车运行期间，一般一个月内的沉降量在0～1mm之间，观测频率放宽至3个月观测一次。

4、动态控制标准

在路堤填筑施工期应采用新建道路的路堤施工动态控制标准，即监控断面的沉降速率每日不大于10mm。拼宽路段路面结构施工时的控制标准为：拼接路堤施工至96区后，路面中心（人孔井）按二等水准观测标准实测沉降速率每月应小于2mm；底基层施工时的沉降速率为两个月，平均月沉降速率应小于3mm；沥青面层拼接施工期的沉降速率每月应小于1mm。

（二）地基水平位移监控

1、监测方法

地基水平位移监控采用测斜管—综合测试仪进行。具体方法为在新路堤边坡坡脚处选择典型断面设置一根测斜管，通过综合测试仪采集数据经电脑计算进行地基深层水平位移测试。

2、测斜管的埋设方法

每根测斜管埋设深度以进入硬层为止（根据断面的工程地质条件并结合现场钻孔情况而定）。测斜管埋设时一般采用小型钻机打孔，直径110cm为宜，竖直偏差率不大于1.5%。本观测点采用的测斜管深度为10m，选定在K741+500左侧拼宽断面。

3、动态控制标准

在路堤填筑施工期，采用新建道路的路堤施工动态控制标准，即监控断面的水平位移速率每日不超过5mm。

三、拼宽段现场测试分析

按照设计，K741+500断面左幅填土高度为12.7m，左幅拼宽16m，右幅完全利用。此断面位于东阳关服务区靠近邯郸方向，横跨主线及A、B匝道。填方路堤的填料形式为就近调配的黄土，属于细粒土。该路段属于工程地质分区IV1（黎城盆地平缓区），地势平坦开阔，底层岩性上部主要为第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)黄土状土（粉质黏土）；地层岩性中部主要是第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)新黄土（粉质黏土）；下部为第四系中更新统冲洪积(Q2al+pl)老黄土（粉质黏土）。地下水埋藏较深，路堤稳定性相对较好。2015年10月初，对该断面开始进行填筑，在当月9日就进行了横剖管的埋设并进行了第一次检测。横剖管长度为17m，端口位于新路堤坡脚，垂直于新建路堤行车方向插入路堤中。2015年11月11日完成了对该路段路堤的填筑工作。

（一）不同填筑高度竖向和水平位移现场测试结果分析

现场检测了K741+500左幅断面填筑高度1.3m、4.6m、7.6m、9.3m、10.3m时的路堤整体沉降，也就是竖向位移和水平位移，对单侧拼宽断面路堤填筑高度与沉降变形以及水平位移的变化规律进行分析：

（1）路堤的填土高度和路堤的竖向位移呈正相关，路面宽度范围内各点的沉降基本均匀。填筑高度1.3m时，沉降最大点在靠近老路堤即横剖管顶端处，沉降量为29.58mm，日平均沉降量为4.23mm；填筑高度4.6m时，沉降量最大点在横剖管距离顶端3.5m处，沉降量为45.86mm，日平均沉降为6.55mm；填筑高度7.6m时，沉降量最大点在距离横剖管顶端口4m处，沉降量为13.37mm，日平均沉降量为1.91mm；填筑高度9.3m时，沉降量最大点在距离顶端4m处，沉降量为24.06mm，日平均沉降量为4.81mm；填筑高度10.3m时，沉降量最大点在距离管口8m处，沉降量为3.35mm，日平均沉降0.37mm。

填筑完成时，在横剖管顶端靠近老路堤的地方竖向位移最大，填筑完成时最大累积位移为102mm，由老路堤向新路堤方向逐渐减小，在距离横剖管顶端14m的位置出现明显的突变，急剧地减小。填筑10.3m时，横剖管最大累积沉降102.66mm，并且处于较稳定状态，不再产生较大沉降，说明此时路堤逐渐趋于稳定状态。

（2）新路堤坡脚10m深度范围内水平位移随填筑高度的变化如图1所示。

图1 不同填筑深度路堤坡脚水平位移

从图中可以清楚地看出：在填筑高度为7.6m时，路堤的水平位移不大，水平位移最大的地方为管口处，为-1.9mm，日平均水平位移-0.21mm，从路堤边缘向路堤内侧收缩，4m深的地方位移为零，此时整体路堤的影响深度在4m左右。在填筑高度为9.3m时，路堤整体向外偏移，水平位移最大处发生在深3.5m处，水平位移为3.3mm，日平均水平位移0.55mm。当填筑到10.3m时，路堤发生较大水平变形，累积水平位移最大处发生在2.5m处，水平位移为18.2mm，日平均水平位移1.66mm，此时完成路堤填筑。由此可以看到路堤整体地基的水平挤压情况。坡脚处地面深度4.5m以内，地基被路堤整体向路堤边缘方向挤压，发生较大水平位移。在此地区进行地基处理时，可以着重处理4.5m深度以内的地基，尽量减少地基的水平位移，防止路堤边坡发生破坏，提高路堤整体的稳定性。

（二）填筑完成后竖向和水平位移随时间变化分析

填筑完成后测得路堤变形会随时间而变化。以填筑完成后新路堤坡脚10m深度范围变化为例，在停止填筑以后，路堤还在继续沉降，地基水平位移继续增加，但均远小于填筑期间的沉降和水平位移。路堤的竖向位移均较小，并且逐渐趋于稳定，日平均沉降均远小于10mm，符合规范要求。路堤坡脚10m深度的范围以内的水平位移较小，日平均水平位移不超过1mm，说明完成填筑后路堤10m以下的范围内的水平位移随时间逐渐趋于稳定，不再发生较大水平位移。

（三）填筑过程与沉降变形变化分析

根据K741+500断面的现场横剖管沉降监测结果得出每次测试时沉降量的最大值、最小值以及横剖管上填土的高度，由此进行分析拼宽段路堤填筑过程与地基沉降的变形规律。

从填筑开始到填筑完成，新路堤最外侧坡脚的沉降最小，横剖管顶端靠近老路堤边坡坡脚的地方沉降变形最大。随着填筑的进行，新路堤外侧坡脚的沉降变形较小，而横剖管顶端靠近老路堤坡脚的地方的沉降直线式下降，沉降明显。填筑完成以后新路堤坡脚的沉降趋于稳定状态，靠近老路堤坡脚的地方在自重应力的作用下继续沉降，但曲线逐渐平缓，地基沉降趋于稳定。

四、结语

施工过程中，路堤的填土高度和路堤的竖向位移呈正相关，路面宽度范围内竖向沉降基本均匀，在靠近老路堤的地方竖向位移最大，新路堤外侧坡脚的沉降变形较小，填筑完成154天后路堤的竖向位移已经完全趋于稳定。

施工过程中，路堤的水平位移发生在路基以下4.5米以内，累计位移以路基以下2.5米处为最大，进行地基处理时，应着重处理4.5m以内的地基。填筑完成后，路堤的水平位移变化较小，基本趋于稳定。

经半年的监测结果表明，长邯高速公路该段拼宽路基变形已趋于稳定，新老路基差异沉降较小，路基拼宽效果良好。