山区公路半填半挖路基加固与变形监测分析

摘要：为防止山区公路半填半挖路基产生差异沉降，文章以某山区高速公路工程为例，提出采取地基强夯及填挖交界处土工格栅加筋对地基和路基进行加固处理的方案，并采用现场监测验证施工方案的合理性。分析现场变形监测结果得出：地基顶面沉降和坡脚水平位移均较小，说明加固后地基稳定性得到有效提升；工后填方路基和挖方路基沉降相差不大，结合施工现场观察未发现工后路基产生不均匀沉降，说明加固后路基稳定性得到有效提升，施工方案可行。

关键词：山区公路；半填半挖路基；差异沉降；水平位移；沉降监测

中图分类号：U416.1" " " 文献标识码：A" " " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.015

文章编号：1673-4874（2024）11-0047-02

0引言

在山区高速公路施工过程中，由于地形复杂，在填挖结合路段容易产生差异沉降，工后易造成路基路面结构开裂破坏。山区高速公路建设沿线地形复杂，地势高低起伏大，常采用高填深挖路基，局部填挖结合路段施工难度大。在填挖结合路段，由于填方和挖方部分固结变形存在较大差异［1］，如处治不当，工后很容易产生较大的差异沉降。路基差异沉降首先会使路基产生开裂，进而在路面结构产生附加应力［2］，在外界荷载的综合作用下导致路面结构破坏。因此，为防止工后路基路面产生开裂破坏，保证路基的稳定性，应做好填方部分地基处理，在填挖交界处采取措施提升结合效果，控制差异沉降。

我国已建成的高速公路由于差异沉降产生了很多病害［3］，大幅降低了服务水平，直接影响道路使用寿命。近年来，我国很多学者对山区公路差异沉降开展了大量研究［4］，但在实际中，由于各地地质条件相差较大，很难形成一套通用的防治措施。土工合成材料具有较高的抗拉强度，可有效提升路基的整体稳定性，进而降低差异沉降。本文结合工程项目，采取措施对填方部分地基进行加固处理，在填挖结合部位开挖台阶并铺设土工格栅，采用现场监测法对工后路基沉降进行监测，对比分析确定差异沉降量，进而确定土工格栅加筋处治措施的合理性。

1工程概况

1.1工程简介

某山区高速公路沿线分布有多段高填深挖路基，其中部分路基为填挖结合路基，工后存在产生差异沉降风险。该高速公路沿线地势起伏大，其中K42+050～K42+120段为低山区域，路基填方高度为15～18 m，为半填半挖路堤。填方路基地基土为软弱地基，地基承载力较低，不可直接填筑路堤，地基土上部主要为杂草和低矮灌木，拟在清除后对地基进行强夯处理。路基填料为挖方路段石质弃方，强度高，工程特性良好，可直接作为路基填料。该路段主要为填挖结合路基，工后容易产生不均匀沉降，需要进行加固处理。

1.2半填半挖路基加固方案

1.2.1地基强夯处治方案

该路段填方部分地基承载力达不到设计要求，拟采用强夯法进行加固处理。该路段为填石路基，填方高度＞10 m，路堤填筑大，自重荷载大，若地基处治不当，工后很容易产生较大沉降。强夯处理的夯点间距为4.5 m，呈正方形布置，夯点布置如图1所示。强夯分三遍进行，第一遍为点夯，第二遍为插夯，第三遍为满夯。夯锤重量为25 t，直径为2 m，点夯和插夯夯击能为1 500 kN·m，每点夯击数为6～8击；满夯夯击能为1 000 kN·m，每点夯击数为2击，夯印重叠为1/2。

1.2.2填挖交界处土工格栅加筋处治方案

按照设计要求，在填挖交界处采用挖台阶+土工格栅加筋的方式做加固处治。台阶宽度≥2 m、高度≥1 m、坡度≥4%；土工格栅每两个台阶铺设一层，路床顶面和底面分别铺设一层土工格栅，格栅长度为10 m。土工格栅抗拉强度≥50 kN/m、延伸率≤4%，采用U形钢筋钉固定，固定间距为2 m。填挖交界处台阶与土工格栅布置如图2所示。

涵洞位置在涵顶铺设两层土工格栅，对涵洞两侧进行冲击压实处理，以防止产生不均匀沉降。涵顶每填筑1.0 m进行一次冲击压实，最上层土工格栅也可换成防水土工布。

2路基沉降监测方案

2.1监测内容与测点布置

沉降监测可以确定路基沉降变化规律，进而分析挖方和填方路基差异沉降，确定路基加固方案的合理性，为修正设计方案提供参考依据。该项目沉降监测内容包括路基水平位移监测和沉降监测，其中路基填筑施工期间监测包括原地基沉降监测和路基水平位移监测，工后主要对路基顶面沉降开展监测。路基顶面沉降监测主要包括挖方路基和填方路基工后沉降，通过对比可确定差异沉降量。本文选取K42+060、K42+080、K42+110三个断面分别布置测点开展监测。

2.2沉降测点布置与监测方法

原地基和路基顶面沉降监测通过埋设沉降板的方法开展，水平位移监测通过在路基坡脚位置布置观测桩开展。沉降板与观测桩布置如上页图2所示。沉降板采用厚度为10 mm的钢板制作，底面尺寸为50 cm×50 cm，上部安装直径为4 cm的测管，并在外部套塑料管保护，测管接长采用螺纹连接。沉降板埋设前首先整平地基顶面，然后开挖尺寸不小于钢板截面的方坑，在方坑底部铺设一层中粗砂。沉降板固定后，尤其在填料堆放和压实时应做好保护措施。沉降监测按照二等水准测量标准，使用高精度数字水准仪和铟钢尺观测［5］。测点布置完成后进行首次观测，得到测点的起始高程，将以后每次的观测结果与起始高程对比确定沉降量。

2.3沉降测点布置与监测方法

路基水平位移观测桩布置在填方一侧路基坡脚位置，测桩长度为1.8 m，其中地下长度≥1.5 m。利用全站仪进行水平位移观测［6］，布置完成进行首次观测，而后每次观测值与其比较确定水平位移量。挖方一侧沉降测桩周边采用混凝土固定，外漏部分长度应≤10 cm，上部留有不易损坏的测头。填方和挖方路基顶面沉降监测仍采用二等水准测量标准，利用精密水准仪观测。

3现场监测结果分析

3.1地基顶面沉降

在施工期间和完工后对地基顶面沉降开展监测，以检验地基强夯处治效果。自路基填筑施工开始，逐渐接长测管，利用精密水准仪监测地基顶面沉降量。监测时间为360 d。整理监测数据绘制三个断面沉降曲线如图3所示。

分析图3曲线可知，在路基填筑施工阶段，地基顶面沉降量增幅较大，而在填筑完成后，沉降速率逐渐下降。在路基填筑厚度较小时，地基顶面沉降量较小，这是由于此时地基上部填料自重荷载较小造成的。随填筑厚度的增加，地基顶面荷载随之增加，且沉降增速也较大，三个监测断面在前147 d沉降速率为1.1～1.3 mm/d。填筑施工完成后路基沉降速率逐渐下降，在278 d以后逐渐趋稳。监测结束时K42+060、K42+080、K42+110三个断面地基顶面沉降量分别为223.2 mm、218.4 mm、230.4 mm，三个断面沉降变化趋势基本一致。工后没有出现突然增加的情况，地基沉降基本达到稳定，且总体沉降量不大，说明采用强夯处治后的地基承载力得到了明显提升。

3.2坡脚水平位移

在路基填筑施工和工后对三个监测断面坡脚水平位移开展监测，监测时间也为360 d。整理数据绘制曲线如图4所示。

分析图4曲线，得出在填方路基施工阶段水平位移量较大，工后水平位移量增幅较小，且总体变形不大。在路基填筑施工阶段，K42+060、K42+080、K42+110三个断面坡脚水平位移平均速率分别为0.24 mm/d、0.21 mm/d、0.29 mm/d，在147 d坡脚水平位移分别达到36.3 mm、31.2 mm、42.1 mm。工后水平位移增幅较小，监测完成后基本稳定，三个断面水平位移分别稳定在44.1 mm、39.2 mm、52.4 mm，与填筑完成时相比分别增加了7.8 mm、8.1 mm、10.3 mm，工后增量分别占总位移的17.7%、20.6%、19.7%，比例均较低。通过现场调查未发现坡脚位置产生较大变形，说明路基坡脚水平位移较小，处治后路基稳定性较好。

3.3工后路基顶面差异沉降

在路基填筑完成后，分别在填方路基和挖方路基上部布置沉降观测点，通过沉降观测确定差异沉降的控制效果。同样选取上述三个监测断面，利用精密水准仪开展沉降监测，监测时间为213 d，各断面工后沉降监测结果如后页图5～7所示。

对比分析图5～7工后沉降曲线可知，三个断面填方路基沉降量均略低于挖方路基，但数值相差不大，说明路基工后差异沉降量较小。K42+060、K42+080、K42+110三个断面工后填方路基和挖方路基沉降量差值分别为5.4 mm、4.8 mm、6.6 mm，相差不大。根据施工现场观察结果，路基未产生明显的不均匀沉降，说明路基加固方案可有效控制路基差异沉降，施工方案合理可行。

4结语

本文依托高速公路半填半挖路基施工项目，采用强夯法处治软弱地基，在填挖交界处挖台阶，铺设土工格栅的方法提高路基的整体稳定性，降低差异沉降。通过布置沉降板和观测点的方式开展现场变形监测，分析监测数据得出以下结论：

（1）在路基填筑施工早期地基沉降量较小，施工期间三个监测断面沉降速率在1.1～1.3 mm/d，工后沉降速率逐渐下降并稳定，说明采用强夯处治后地基稳定性得到明显提升。

（2）三个监测断面水平位移变化趋势相近，均在路基填筑施工期间变形较大，工后变形仅占总变形的20%左右，且监测完成时坡脚水平位移基本达到稳定状态。

（3）通过对比分析三个断面工后沉降监测结果，各断面填方路基和挖方路基差异沉降均较小，最大值为6.6 mm，在施工现场未发现明显的差异沉降，说明加固后路基整体稳定性得到了明显提升，施工方案可行。

参考文献：

［1］陆亚红.高速公路改扩建工程加宽路基差异沉降试验［J］.交通科技与管理，2023，4（18）：135-137.

［2］石恒.公路半幅填方路基中的差异沉降影响［J］.中国公路，2023（18）：114-116.

［3］张强，王鑫.土工格栅改善路基差异沉降效果分析［J］.天津建设科技，2023，33（4）：31-34.

［4］刘峥，曾祥泽.山岭重丘区高速公路改扩建路基拼宽段不均匀沉降防治分析［J］.西部交通科技，2023（8）：15-16，111.

［5］傅松.改扩建路基差异沉降特性及处治研究［J］.西部交通科技，2023（8）：59-63.

［6］刘岳兵.武陵山大道拓宽工程路基的差异沉降及控制技术分析［J］.黑龙江交通科技，2023，46（6）：4-7.

作者简介：马群（1981—），工程师，研究方向：土木工程施工。

收稿日期：2024-05-16