探讨公路工程半幅填方路基差异沉降的影响因素 杜洁摘要 高速公路旧路基拓宽施工常采用半幅填方施工方案，但拓宽后的路基易出现差异沉降，导致道路结构破坏，路用性能下降，引发道路交通安全问题。文章结合某高速公路半幅填方路基施工实践，从填方高度、填料重度、路基拼接方式、拓宽宽度等方面入手进行研究。研究发现，差异沉降与路基宽度成正比，一侧拓宽方式下的差异沉降明显大于两侧拓宽方式，进而提出高速公路路基拓宽施工优化措施。关键词 公路工程;半幅填方路基;拓宽填方;差异沉降U416.1 A 2096-8949（2022）01-0127-030 引言当前我国早期建设的高速公路已接近或超过设计使用寿命，公路交通负荷已达到极限，导致交通拥堵和交通事故。因此，需要尽快修复和扩建早期高速公路，以有效保证道路行车安全1。路基拓宽是旧公路改造升级的主要方式，但改造后的新旧路基容易出现差异沉降，影响施工质量，是导致道路路基路面病害的主要原因。这不仅会影响道路通行能力和服务水平，还会降低道路行车安全性、舒适性，不利于高速公路的可持续发展。高速公路路基拓宽施工的关键环节是有效控制新旧路基之间的不均匀沉降。路基拼接方式、设计宽度、填方高度、填料重度等是路基拓宽施工需要重点考虑的主要因素。因此，需要全面深入研究影响高速公路路基拓宽施工阶段新旧路基差异沉降的因素及控制措施。1 填方路段沉降机理分析在高速公路路基拓宽施工阶段常采用半幅填方路基施工工艺，但由于未对路基填方进行压实固结，土体结构强度不足，内部粘结力不符合要求，导致填方施工后的路基沉降出现较为明显的不均匀沉降，导致路基沉降差值，水平位移超出合理范围2。施工过程中，半幅填方路基压实度与时间成正比，土体变形程度同时逐渐增大，进而导致路基沉降量逐渐增加。在荷载作用下，路基土体孔隙中的水压降低，固结度增加。随着路基土体固结的不断发展，孔隙率逐渐减小，土体有效应力增大，最终发生压缩变形。2 工程案例基于某高速工程改扩建工程实践，研究影响路基拓宽施工中路基差异沉降的各种因素。路基土体主要为粉质壤土、粘性土和粉砂岩。路基拓宽施工时，由于荷载的作用，旧路基土体在持续应力影响下经过长时间的压实和固结，其结构稳定，沉降较小，而新拓宽的路基会形成应力，导致原有路基沉降加大3。通过沉降仪检测路基沉降量，通过现场监测数据分析各种影响因素，对半幅填方施工中路基沉降差异的影响分析，进而制定有效的沉降控制方案。采用水平移动桩或边桩控制路基水平位移幅值，有效确保路基路堤结构的稳定性4。2.1 沉降监测新旧路基沉降差异是指拓宽后的新路肩边沿与原有路堤中线之间的沉降差异，该次研究结合某条高速公路的施工实践，选取K17+150K17+650作为试验路段，研究沉降差异的影响因素，将沉降板置于新路肩边沿与原有路堤中线位置，将侧桩布设于路基坡脚外侧12 cm、1012 cm位置。2.2 水平位移监测该文根据某高速公路实际情况选用极坐标法，观测侧桩位移，基于全站仪测量侧桩坐标。结合该高速公路改扩建工程实践，取第一次邊桩的坐标测量数据作为研究依据，求得边桩位移以及坐标差。3 差异沉降影响因素分析地质、地形、路基拓宽方案、路基填方高度、路基填料重度等因素都会影响路基拓宽施工中的新旧路基沉降。3.1 路基填料重度对差异沉降的影响不同类型路基填方材料的重度不同，产生的附加应力不同，对路基差异沉降的影响也存在差异。（1）明确填料重度与路基沉降之间的关系是研究路基拓宽施工中的差异沉降问题的关键，以三种重度的填料为研究对象，即粉煤灰土（重度4 kN/m3）、一般填土（重度10 kN/m3）、泡沫轻质土（重度17 kN/m3）进行路基填方试验，找出填料重度与路基差异沉降之间的关系。（2）填料重度与路基沉降成正比，且路基沉降差值呈线性变化。（3）用重度为4 kN/m3的填料进行填方施工后，路基差异沉降最大值为1.2 cm，当路基填料重度为10 kN/m3时，路基差异沉降最大值为2.4 cm，当路基填料重度为17 kN/m3时，路基差异沉降最大值为3.8 cm。前两个沉降差值相差1.2 cm，后两个沉降差值相差1.4 cm。显然，重度小的填料可以有效降低填方施工带来的路基沉降差值。可见，半幅路基拓宽施工可以使用轻质泡沫填料减轻新建路基的重量，降低施工后路基表面的沉降差异。3.2 拓宽方式对差异沉降的影响工程实践中，高速公路路基拓宽有两种常见方式：一侧拓宽和两侧拓宽。在典型横断面设置测点，结合各种拓宽方法和工程实例分析半幅路基的沉降变化规律。路基高4 m，坡度为11.5，回填土为普通回填土，通过设置沉降板控制土体沉降，通过设置侧桩控制土体水平位移。3.2.1 一侧拓宽在一侧路基拓宽试验段设置测点，通过沉降值测定仪测得4 m、8 m、12 m、16 m四种拓宽宽度下的路基沉降以及一侧拓宽不同宽度时路基顶面最大差异沉降变化，分别如图1、图2所示，路基土体水平位移如图3所示。（1）根据图1、图2可以看出，拓宽宽度与路基沉降大小成正比。路基拓宽宽度为4 m时，路基沉降差最大值为5.94 cm。路基拓宽宽度为8 m时，路基沉降差最大值为11.66 cm，沉降差增加5.72 cm;路基拓宽宽度为12 m时，路基沉降差最大值增加4.17 cm。路基拓宽到16 m时，沉降差最大值增加4.15 cm。可见，增加路基拓宽宽度可以减小路基沉降差异变化幅度。（2）从图3可以看出，拓宽宽度与水平位移成正比关系，同时和路基水平位移成正比，水平位移量增加，因此，应该合理控制拓宽路基的填方施工速度。（3）根据上述分析可知，宽度8 m时，新旧路基之间的沉降差异、水平位移均不明显，可见，拓宽宽度最佳值为8 m。3.2.2 两侧拓宽两侧拓宽方式采用与一侧拓宽方式相同的测点布设方式。宽度分别取4 m、8 m、12 m、16 m，同时路基结构对称分布，每一侧的拓宽宽度取总拓宽宽度的二分之一，即2 m、4 m、6 m、8 m。（1）采取两侧拓宽施工方案，路基沉降曲线、最大不均匀沉降和水平位移与一侧拓宽大体相同。（2）如果拓宽宽度相同，采用两侧拓宽施工方案时，新拓宽路基与原有路基之间的沉降量差异不大，新路基带来的附加应力均匀分布在路基两侧，新拓宽路基与原有路基之间的不均匀沉降较小。（3）比较两种路基拓宽方式可知二者各有优缺点。对于同样的拓宽宽度，两侧拓宽对道路结构的荷载受力均匀分布更有帮助。但总的来说，两侧拓宽对道路运营影响更大，增加了施工难度和工程成本。3.3 填土高度对差异沉降的影响填土高度、填土自重也会影响路基沉降。填土高度与路基沉降成正比。为研究填土高度与路基沉降之间的关系，该次研究假设路基拓宽宽度为8 m、填料为普通填料，路基边坡坡度11.5，分别测量2 m、4 m、6 m、8 m四种填土高度对应的路基沉降变化曲线、填土高度与路基顶面沉降差异最大值的关系、填土高度与路基水平位移的关系分别如图4、图5、图6所示。根据图4、图5可知，对于拓宽后的新路基，其填土高度与沉降量、路基沉降差异成正比。四种填土高度对应的路基沉降差最大值分别为7.3 cm、13.1 cm、20.3 cm、23.4 cm，结果显示，填土高度与路基沉降成正比，由于填土自重的影响，路基沉降差异先增加后减小，且沉降差值最大位置向外偏移。从图6中可知，填土高度与路基土体水平位移成正比，且新路基水平位移的影响大于旧路基。在实际操作中，如果填土高度过高，可以采用“缓边坡”以保证整条道路的稳定性，也可以通过增加路面的压实度来控制水平偏移5。4 结论基于上述研究可总结出以下几点路基拓宽施工阶段的优化措施：（1）尽量选用重度小的填料。填料的重度越小，拓宽施工对路基不均匀沉降的影响越小，例如，泡沫轻质土，其自重很小，采用该类填料进行半幅填方施工不会导致路基沉降差异过大，同时该类填料成本较低，可以有效提高施工经济效益，同时保证施工质量。（2）路基拓宽最佳宽度为8 m，该宽度对应的路基沉降差异，水平位移均在最佳范围内。对于较窄的路基可以采用一侧拓宽施工方案，反之应该选择两侧拓宽施工方案，两种方案各有优缺点，一侧拓宽施工方案对交通的影响小，采用两侧拓宽施工方案时，路基沉降更加均匀，新旧路基沉降差异不明显。（3）最佳填土高度为6 m，当填方高度超出6 m时，路基沉降、水平位移明显增大，严重威胁路基边坡的稳定性。（4）半幅填方施工阶段，回填土的压实度取值取决于压实设备功耗，压实次数却决于土体类型，砂土压实23次，亚砂土压实34次，粘土压实56次。压实度满足要求的情况下，含水量不宜过高，每层填土厚度范围3040 cm。Reference1潘瑞，王俊.公路改扩建路基差异沉降特性研究J.城市道桥与防洪，2021（6）：227-230+25.2李楠.浅谈高速公路工程路基拓宽技术研究J.甘肃科技，2021（13）：109-111.3卢明锋.软基路段公路路基拓宽质量影响因素及处治措施研究J.交通世界，2021（18）：126-127.4彭偉，孙瑞.路基拓宽不均匀沉降及其对路面结构应力影响分析J.工程技术研究，2021（8）：27-28.5胡其志，黄希程，周红，等.半幅填方路基差异沉降影响因素研究J.湖南交通科技，2015（4）：1-6. -全文完-