交通世界TRANSPOWORLD高速公路路基沉降控制技术应用探讨
郭金树
（中国中铁四局集团第五工程有限公司，江西九江332000)
摘要：为研究沉降控制技术在高速公路路基中的应用效果，首先分析了路基长期沉降影响因素，然后对软土路基沉降机理
做了概述，最后结合实际工程介绍了水泥粉煤灰碎石（CFG）桩的沉降加固机理与施工控制要点，并选取K43+000典型断面路基中心点作为观测点，对其填筑过程中的沉降进行监测。观测结果显示：K43+00断面填筑沉降量控制在10mm/d内，总沉降为9.401cm；399~420d内，沉降速率仅为0.09mm/d。实践证明，水泥粉煤灰碎石桩作为一种新型复合地基处治技术具有显著的沉降控制效果。
关键词：高速公路；路基沉降；控制；水泥粉煤灰碎石桩中图分类号：U416.1文献标识码：B
0引言
软土地基由于其压缩性高、强度低、透水性差的特点，往往会造成路面不均匀沉降、桥头跳车等问题，从而影响路面行车的安全与舒适。软土地基沉降病害的修复难度大，维修成本高，故应尽量在路基填筑阶段对软基进行处治。本文首先阐述了软土地基沉降机理，然后结合某工程实际提出了一套成熟的水泥粉煤灰碎石桩加固措施，为类似工程的软基沉降控制提供参考。
1.4地下水位
地下水位往往会随着季节、降雨等外界因素而改变。地下水位发生变化后，路基土体由原来的浮重度变为为土体自身重度，即加大了地基荷载产生的附加应力，所产生地基荷载可换算成不随深度而改变的均布荷载，导致土体压缩量改变从而产生竖向位移。
2软土路基沉降机理
软土路基的沉降包含三个阶段，分别为：瞬时沉降、排水固结沉降和次固结沉降。软土路基最终的沉降量一般为三阶段沉降的总和[2]。2.1瞬时沉降
瞬时沉降是指路基在填筑过程中最初承受荷载瞬间所产生的沉降值。这是由于土体在饱水状态下受到荷载作用，从而发生剪切变形。在土体一维变形中，瞬时沉降发生速度快、沉降值较小。但在工程实际中，土体往往是发生三维变形，所产生的沉降速度快、沉降值大。为减小路基瞬时沉降，一般可采取分层填筑的方式并降低填筑速率。2.2排水固结沉降
排水固结沉降是指土体受到压缩发生变形所产生的沉降量。这是由于土体在外部荷载作用下产生超孔隙水压后排出孔隙水而造成的。超孔隙水压、土体渗透和压缩性能均能影响孔隙水流动速率。孔隙水流动速率随着超孔隙水压的减小而降低，直至土体达到有效应力状态。此外，排水固结沉降还与土体侧向位移和骨架蠕变有关。2.3次固结沉降
次固结沉降一般指排水固结沉降发生后土体骨架蠕变与微小超孔隙水压共同作用所产生的土体竖向变形。次固结沉降在三个沉降阶段中发生速率最慢，产生的变形值最小。事实上，沉降的三个阶段是同时发生的，即次固结沉
1长期沉降影响因素
影响路基长期沉降的外界因素主要有填土高度、填土速度、交通荷载和地下水位等[1]。1.1填土高度
路基填筑高度将显著影响软基的沉降量。一般来说，路基填筑高度越大，造成的后期工后沉降也越大，这是由路基自身重量决定的。在路基设计中，为控制自重所引起的沉降，需要对临界填土高度进行计算。1.2填土速度
路基填筑速度也会显著影响软基的沉降量。路基填筑速率差异虽然没有改变路基的最终沉降值，但会造成工后沉降大。这是由于软土中的孔隙水不能及时排出，导致抗剪强度较低，在后期荷载影响下产生快速沉降。同时填筑速率过快所产生的孔隙水压将严重影响路基的稳定性，导致路基的安全系数降低。1.3交通荷载
路基长期沉降往往与交通荷载的作用密不可分。车辆荷载所引起的附加应力往往会使路面开放交通前后的沉降量产生显著差异。曾有学者调查发现，上海地铁一号线在未投入运营之前每年沉降量控制在1~3mm，而投入使用后其地基年沉降量高达30~60mm。
收稿日期：2019-04-17
作者简介：郭金树（1986—），男，江西吉水人，工程师，研究方向为公路与桥梁工程。
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总509期
2019年第23期（8月中）
降同时发生于瞬时沉降与排水固结沉降中，只是在三个阶段中分别有所侧重，即在瞬时沉降中主要是荷载作用导致的剪切变形，排水固结沉降中主要是超孔隙水压作用导致的变形，次固结沉降中主要是土体骨架蠕变所产生的变形。
3工程实例
某高速公路为双向六车道，全长19.1km，路面宽度为28m120km/h，路基宽度为34.5m，标准横断面布置，设计时速为K42+000~K44+500。沿线土质为第四纪松散沉积物。本施工段位于桩进行加固处理。，共2km，为控制路基沉降，采用CFG3.1CFG桩加固机理
屑、粉煤灰与少量水泥与水混合拌制成桩的新型地基处理
CFG桩全称为水泥粉煤灰碎石桩，是一种将碎石、石
技术，介于刚性桩与柔性桩之间[3]
。其加固机理主要为挤密、褥垫层和桩体共同作用。
挤密作用：CFG在制桩过程中，由于是通过振动沉管技术将管从基础中抽出成柱，剧烈的振动会促使环绕在沉管附近的土体相互挤密，从而有效增大桩间土的密度。
褥垫层作用：褥垫层作为CFG桩技术的核心，可有效保证桩与桩间土共同受力，这是由于桩的模量比土的模量大，因此变形小，而褥垫层可使CFG桩向上刺入土层中增加受力并减少基础地面的应力集中效应。
桩体作用：CFG桩本身的强度大于碎石桩，且桩间土的压缩系数远大于桩本身的压缩系数，在褥垫层复合地基作用下，桩体承受大部分的外部荷载与附加应力，形成高强承力桩体。
3.2CFG桩施工控制要点
本项目中CFG桩的桩长为12m，采用等边三角形布置，振动沉管法施工。为保护成桩不受破坏，采用隔桩跳打的方式施工，且间隔时间不小于7d。施工流程为：桩位放样→桩机就位→沉管至设计深度→振动抖料→拔管→桩机移位→铺筑褥垫层。
（1）放样与桩机就位
在钻机施工点进行放样，将钢钎插入放样点中，并做好标记。在桩机就位后采用双向锤球控制机身偏差，以确保CFG桩垂直插入。采用量尺测量，确保桩机对准桩心。在每次开钻前都应仔细检查桩机垂直度和桩位对中。
（2）沉管与注浆
沉管钻进时应先慢速后快速，钻进过程中随时检查钻杆的垂直度与对中水平。钻进前在钻机上做好刻度，达到设计深度后及时停止转进，并及时处理转进时的出土。钻至设计深度后，停止钻进并向其中注入混合料，与钢管口齐平。装料完毕后开启电机，先振动沉管10s，之后边振动边拔管，且拔管要保持匀速，一般控制在2m/min左右。严格计算灌注混合料的方量，不得少于设计桩长与桩头体积之和。施工后桩的高程应超出设计高程50cm。
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（3）铺筑褥垫层
上述工序完成后，即在桩顶部铺筑褥垫层。褥垫层的松铺厚度应保持在35cm左右，填筑材料应使用粒径不大于30mm（的级配碎石，最后在褥垫层上方铺筑土工格栅。
4）控制要点
验强度确定桩身材料的配比。CFG桩身材料采用C15强度以上的水泥，并根据CFG桩施工7d后需要对桩头28d试
进行开挖截取处理。为避免扰动桩间土，确保桩身完整，宜采用人工开挖。若桩身发生断裂，应采用同配比材料做
接桩修复处理。接桩时桩径应大于设计桩径，且咬合长度大于20cm。
4沉降观测结果
为验证本项目中CFG桩的软基防治效果，路基填筑时在线路中心路基表面埋设沉降板进行观测。选取CFG桩处理的典型断面K43+000处路基中心作为沉降观测点，填筑过程中每3d观测一次，沉降观测数据如表1所示。
表1断面K43+000累积填筑沉降
累积时间/d
累积沉降量/cm
0060.351120.481210.857271.051331.331421.655481.821053.2021203.8111474.6393157.1113217.4323277.6123367.8223458.0113518.2513578.43818.9513999.2214119.3114209.401为更直观地显示路基中心累积沉降随施工时间的变化，根据表1中的沉降观测数据绘制出断面K43+000路基中线的沉降曲线，如图1所示。
交通世界TRANSPOWORLD5结语
本文结合某高速公路工程实际，采取复合地基CFG桩
累积沉降量/cm加固技术对K42+000—K44+500段进行处治，沉降控制效果显著。由于CFG桩身不加钢筋，并可采用粉煤灰、废渣等作为桩身材料，从而大大降低了施工成本，同时该技术还具有施工周期短、施工效果好的特点，值得在软基处治中推广应用。
参考文献
累积时间/d
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（编辑：付修竹）
图1断面K43+000路基中心沉降曲线
由图1可知：CFG桩加固技术在控制沉降方面效果较为显著，填筑沉降控制在10mm/d内，总沉降为9.401cm。由于施工过程中路基高度随着时间的推移而增大，沉降变形也随之增大，但图中显示累积时间在399~420d之间时，沉降速率仅为0.09mm/d，几乎趋于稳定，说明沉降控制效果明显。
（上接第50页）
明：所修筑的特殊路基施工质量良好，可满足规范与设计要求，且具有较好的整体稳定性，减少了道路早期病害的发生，降低了维修养护成本。实践证明，对于特殊路基的设计，应针对不同特殊路基的类型及现场实际情况，采取相应的设计及处治方案，并做好施工控制工作。
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（编辑：付修竹）
参考文献：
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