王志偉

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧沈陽 110000）

1 高速公路路基差異沉降特性

1.1 差異沉降機理

一般情況下，采用兩側(cè)對稱加寬的方式對高速公路進行拓寬作業(yè)，但老路基的施工通常都會比新路基早十幾年甚至幾十年，當進行新路基的施工時，老路基早已完成固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降，地基也已到達穩(wěn)定的程度，幾乎不會再出現(xiàn)變化，而新路基則不同，其需要經(jīng)過一個漫長的時間才能完成建設(shè)初期的固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降，因此二者還會在運營期內(nèi)發(fā)生，這就是差異沉降機理，也是導致差異沉降發(fā)生最主要的原因。同時，新路基自身的附加荷載會在新老路基共同的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一定的差異附加應力，從而出現(xiàn)新的差異沉降，一旦出現(xiàn)這種情況，會嚴重影響高速公路的施工或者運營，而采取不當?shù)拇胧﹦t會讓差異沉降越來越大，嚴重時還會導致老路基出現(xiàn)拉裂或者新路基出現(xiàn)開裂，嚴重危害公路施工和運營安全。

1.2 差異沉降特征

（1）豎向位移。通過對路基進行拓寬作業(yè)后的豎向位移進行對比可以看出，其豎向位移有著明顯的變化[1]。在開始進行拓寬作業(yè)之前，老路基的沉降分布特點為邊緣小、中間大，即豎向位移的最大值出現(xiàn)在老路基中心線的位置，而這樣的沉降分布規(guī)律和新建路基表現(xiàn)出來的是相同的；在完成路基的擴寬作業(yè)之后，老路基右側(cè)的沉降在不斷增加，但此時沉降的最大值卻出現(xiàn)在新路基下方一定深度的位置，然后不斷地減小，將其繪制成圖后發(fā)現(xiàn)，其表現(xiàn)為鐘形。

（2）水平位移。通過將老路基和新路基的水平位移進行對比可以看出，在進行路基拓寬作業(yè)之前，水平位移的最大值出現(xiàn)在老路基下方的路基上，但此時路基中心線位置的水平位移卻為零；當路基拓寬作業(yè)完成后，水平位移的最大值卻出現(xiàn)在新路基上，此時，在新老路基拼接位置的左側(cè)以及老路基較為中心的位置，水平位移值呈現(xiàn)出減小的趨勢，而在新老路基拼接位置的右側(cè)，水平位移值呈現(xiàn)出增大的趨勢。

（3）豎向應力。在對路基進行拓寬作業(yè)時，路基頂面的位置會出現(xiàn)最大的豎向應力值，而且其會隨著地基深度的加深而減小；當最大豎向應力值不斷增加時，其位置則會不斷靠近新路基中心的位置。

2 路基沉降原因

2.1 填料質(zhì)量

路基的差異沉降在很大程度上會受到路基填料質(zhì)量的影響。不同的填料會有不同的性質(zhì)，而且會讓路堤地面產(chǎn)生不同的附加應力，從而產(chǎn)生不同的地基變形量，造成差異沉降的產(chǎn)生。所以，想要在最大程度上減小路基的差異沉降，就需要確保路基填料的均勻性和強度[2]。

2.2 土體自重引起的天然沉降

在山區(qū)修建高速公路，路基都會表現(xiàn)出工程量大、填方高的特征，而此時路堤的填土就會變成整個公路的附加荷載，其會在一定程度上讓天然的地基出現(xiàn)沉降變形，路堤的填土高度和土質(zhì)會影響到沉降變形的大小。路堤的填筑高度越大，地基就要承受更多的應力，地基的沉降量也會隨之增大。

2.3 路基壓實度

路基填料壓實度越大，路基填土本身的沉降量會越小，想要促進高填方路基沉降的有效減少，就需要盡量提高路基本身的壓實度。在對山區(qū)高速公路進行施工時，需要選擇合格的路基填筑材料，確保施工機械和填筑方法的有序合理，這樣才能在最大程度上確保路基的壓實程度，在公路投入使用之后，也不會因為車輛荷載的重復作用而出現(xiàn)沉陷和變形，增加公路的使用壽命。

3 路基差異沉降的技術(shù)治理措施

3.1 確定樁間距

在進行復合地基設(shè)計的過程之中，最需要考慮的因素就是樁間距，選取3 m，2.5 m，2 m這3種不同的樁間距，通過一系列的計算，得出了地基沉降具體的數(shù)值，并用預應力管樁和得到的數(shù)據(jù)進行比較，表1是具體計算結(jié)果。

表1 復合地基下不同沉降值的計算結(jié)果

通過表1的內(nèi)容及數(shù)據(jù)可以看出，當樁間距從3 m減小到2 m時，對應的峰值分別增加了11.13%，19.42%，14.65%，地面峰值也存在不同程度的增加。因此，通過表1中的對比發(fā)現(xiàn)，樁間距對于復合地基產(chǎn)生的沉降影響相對比較大。通過一系列的分析可以得出，想要對路基沉降效果進行有效把控，將樁間距控制在2.5 m的效果最佳。

3.2 確定樁模量

在進行高速公路地基的設(shè)計時，需要重點考慮樁體剛度帶來的影響。為了有效分析不同樁體模量所起到的作用，將樁間距控制為2.5 m，然后分別取50 GPa，40 GPa，30 GPa這3種不同情形的模量進行對比，表2是不同情況下得到的沉降值。

表2 復合地基在不同樁模量情況下的沉降值

通過對表2進行分析可以看出，沉降的效果會隨著預應力模量的減小而變得更不明顯。當樁模量從50 GPa下降到30 GPa時，與無樁的最大沉降進行對比，可以發(fā)現(xiàn)其都有不同程度的增加。但是從數(shù)值的差異來看，選取50 GPa，40 GPa以及30 GPa，3種不同情況下沉降的增加程度基本相同，因此，從降低沉降效果以及整個工程造價2個角度出發(fā)，只需要選取模量30 GPa便能滿足工程的需求。

3.3 確定樁長

在公路工程設(shè)計和施工的過程中，值得注意的另外一個因素就是樁長，因此，為了有效分析樁長對整個公路地基沉降產(chǎn)生的影響，先將樁間距設(shè)定為2.5 m，將模量確定為30 GPa，分別取9 m，8 m，7 m的樁長對預應力管樁沉降的峰值進行計算并對計算得到的結(jié)果進行比較。表3是相關(guān)數(shù)據(jù)。

表3 復合地基在樁長不同時的沉降值

通過計算得到的表3值可以看出，隨著預應力長度的不斷減小，降低沉降的效果越來越不明顯，如果沒有設(shè)置樁作為參照物，隨著樁長度的不斷減小，最大沉降值會不斷增加，且沉降峰值也會逐漸增加。根據(jù)上述的數(shù)值分析可以看出，路基表面的最大沉降量及最大差異沉降都隨著樁長的減小而增加，而且整個變化幅度在不斷地減小。樁體長度為8 m時，能很好地限制新老路基出現(xiàn)的差異沉降，因此，將預應力的樁長設(shè)置為8 m[3]。

3.4 確定墊層材料

不同的公路建設(shè)項目，使用到的墊層材料的剛度也是不同的，本研究分別取 70 MPa，50 MPa，30 MPa，10 MPa 這 4 種不同墊層材料的模量來進行對比分析，表4是相關(guān)數(shù)據(jù)。

表4 復合地基在不同剛度墊層材料下的差異沉降量

通過表4的數(shù)值可以得到，隨著材料剛度的不斷減小，沉降效果會越來越不明顯，而且其頂面的最大沉降差呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢。隨著墊層材料的不斷減小，最大差異沉降的線性則表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。雖然，上述的結(jié)果都呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢，但上漲幅度并不大，因此，在實際施工過程中，選取墊層材料的模量只需要達到10 MPa就能滿足施工的需求[4-5]。

4 結(jié)束語

在對山區(qū)高速公路進行拓寬作業(yè)后，新老路基會出現(xiàn)不同程度上差異沉降，最主要的表現(xiàn)就是新老路基在豎向位移、水平位移以及豎向應力等方面表現(xiàn)出的不同，所以，如果需要對高速公路進行拓寬作業(yè)，則要盡可能地將減小差異沉降作為施工技術(shù)的基礎(chǔ)，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗和一系列分析得出：樁間距2.5 m，樁模量30 GPa，模量墊層材料10 MPa為最佳需求。