陈 小 英

(山西晋通公路工程监理有限公司，山西 晋城 048000)

1 路基沉降分析理论

高速公路改扩建新路基施工后所产生的沉降包括瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降，三者之和构成最终沉降量。瞬时沉降是在路基填土中的水分和空气尚未完全排出，外部荷载加载后产生的沉降。主固结沉降是在荷载作用在路基和地基上后，孔隙水随时间不断排出到路基以外所产生的沉降。瞬时沉降和主固结沉降是在路基施工过程中所产生的，次固结沉降主要发生在完工后。

本文主要对路基主固结沉降进行研究，沉降分析理论基于太沙基固结理论。该理论主要用于求解一维有侧限应力状态下，在外界荷载作用下地基土和路基土发生渗流固结过程中任意时刻的土骨架及孔隙水的应力分担量。

太沙基一维固结微分方程：

其中，Cv为土的竖向固结系数，cm2/s，其表达式为：

其中，k为渗透系数；γω为水容重；e0为孔隙比；a为压缩系数；Es为路基土弹性模量。

从太沙基固结理论路基可以看出，在荷载的作用下，土层不断固结，空隙水压力不断减小，路基土的有效应力不断增加，水分不断从土体空隙中渗出，路基结构产生压缩变形，最终导致沉降的产生。

固结度是判断路基固结程度的重要指标，是施工过程中路基沉降量占路基总沉降量的百分比，用Ut表示，计算公式如下：

其中，α=P1/P2，P1为排水面处附加应力，P2为非排水面处附加应力，路基设计采用双面排水，则α=1，如为单面排水(顶面排水)，则α=P1/P2；U0为初始孔隙水压力；e为自然对数的底，e=2.718 2；Tv为时间因数。

如果地基在施工期间固结已完成，Ut=1，路基总沉降量就是路基施工过程中的沉降量。但实际中路基不可能在施工过程中完成固结，施工后还会产生次固结沉降。

2 工程概况

某高速公路全长99 km，设计采用双向四车道，路基宽度为26 m，设计车速120 km/h，个别路段设计车速80 km/h，近年来交通量增长迅速，时常出现拥堵。为适应当地经济发展需要，对高速公路进行扩建，拓宽为双向六车道，扩建后路基宽度为34.5 m。

文章依托该高速公路扩建工程路基第5合同段，起讫点桩号为K201+485～K207+835，全长6.35 km。该合同段局部分布有软土地基，沿线软土软塑～流塑状，具有中高压缩性，地基承载力严重不足。选取其中两段作为试验路段，分别采用水泥搅拌桩和CFG桩进行加固处理，并在施工过程中布置测点进行沉降观测，确定路基沉降随时间的变化规律，为路基稳定性判断提供参考依据。

3 路基沉降观测与观测结果分析

3.1 路基沉降观测方案

路基沉降观测每个断面布置三个测点，新路基、新旧路基结合处和旧路基各一个点。其中新旧路基结合处和旧路基上的监测点埋设沉降板，旧路基上布设沉降桩。沉降监测点布置如图1所示，其中测点2位于新路基中间位置，测点3距路基边缘不少于1 m。

路基沉降观测频率取决于路基沉降速率，以保证沉降观测能反映出路基的实际沉降。路基加宽段沉降速率较大，尤其是软基段沉降速率更大，应适当增加沉降观测次数，一般每填筑1层～2层或间隔5 d～10 d观测1次。施工初期每月观测2次～3次，待沉降稳定后每月观测1次～2次。施工中如上下两层施工间隔时间较短，应适当增加观测次数。

3.2 水泥搅拌桩处治段路基沉降观测结果分析

本项目K204+210～K206+010段采用水泥搅拌桩处治加固，选取K204+440断面和K205+440断面作为观测断面，设置测点进行沉降观测。K204+440断面路基填筑高度为7.1 m，K205+440断面路基填筑高度为8.5 m，水泥搅拌桩地基处治深度均为8 m。采用精密水准仪对两断面测点进行观测，绘制沉降—时间曲线如图2，图3所示。

从图2，图3曲线走势可以看出，新路基上的测点1累计沉降量最大，最大值分别为7.42 mm，10.51 mm；其次为新旧路基结合处沉降点2，最终累计沉降量分别为4.12 mm，6.92 mm；旧路基上测点3累计沉降量最小，最终累计沉降量分别为2.6 mm，3.1 mm。根据沉降观测记录，日平均沉降最大值0.59 mm/d，远小于规范要求的10 mm/d，说明路基填筑施工期间稳定性良好。通过近4个月的观测，两个观测断面累计沉降量很小，远小于规范限值，说明采用水泥搅拌桩处治后路基稳定性良好，沉降满足规范要求。

3.3 CFG桩处治段路基沉降观测结果分析

本项目K202+000～K203+110段采用CFG桩处治加固，选取K202+320和K202+680作为观测断面。K202+320断面路基填筑高度为6.1 m，K202+680断面路基填筑高度为5.7 m，CFG桩处治深度均为8 m。采用同样的方法对两个断面沉降量进行观测，收集数据绘制累计沉降量—时间曲线如图4，图5所示。

通过对图4和图5曲线变化趋势分析可知，与图2和图3类似，监测点3累计沉降量最大，最大值为18.54 mm,15.32 mm；测点1累计沉降量最小，最终沉降值为3.75 mm,3.86 mm。观测结果表明，这两个断面的累计沉降量均较小，日平均沉降最大值为0.35 mm/d，远小于规范要求的10 mm/d，说明路基施工期间稳定性良好。通过对CFG桩加固路基施工路段观测得知，路基沉降逐步趋于稳定，说明CFG桩处治后路基稳定性良好。通过与水泥搅拌桩处治段监测结果对比可知，水泥搅拌桩加固效果较CFG桩好。

4 结语

本文结合高速公路路基改扩建施工，通过制定沉降观测方案，对水泥搅拌桩、CFG桩加固处治路段进行沉降观测，并绘制累计沉降—时间曲线，得出以下结论：

1)对水泥搅拌桩处治路段进行沉降观测，得出新路基上的沉降量最大值分别为7.42 mm，10.51 mm，且日平均沉降最大值0.59 mm/d，远小于规范要求的10 mm/d，说明路基填筑施工期间稳定性良好，沉降量满足规范要求。2)通过对CFG桩处治路段进行沉降观测，得出新路基累计沉降量最大值为18.54 mm，15.32 mm，且日平均沉降最大值为0.35 mm/d，远小于规范要求的10 mm/d，说明路基施工期间稳定性良好，沉降量满足规范要求。3)对比分析水泥搅拌桩和CFG桩加固处治路段观测结果，得出水泥搅拌桩处治路段累计沉降量较小，为10.51 mm，说明水泥搅拌桩地基加固效果优于CFG桩。