沿海高速公路特殊節(jié)點(diǎn)路基變形監(jiān)測(cè)研究

胡 健 王 坤

(1.江蘇現(xiàn)代工程檢測(cè)有限公司 南京 210000； 2.江蘇現(xiàn)代路橋有限責(zé)任公司 南京 210000)

江蘇省內(nèi)沿海高速公路瀕臨黃海，沿線多數(shù)地區(qū)屬海相沉積平原，區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜，地勢(shì)低洼、河網(wǎng)密布、湖塘眾多，區(qū)域內(nèi)地下水位高，區(qū)域內(nèi)的軟土多為海陸交互相的厚層或超厚層軟土(部分路段軟土厚達(dá)30 m)，含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、黏聚力小、固結(jié)系數(shù)小是其較為普遍的特征[1-2]。沿海高速公路沿線軟土層頂板埋深一般小于2.0 m，底板埋深大于12 m，為典型淺埋深厚軟土地基，工程性質(zhì)差。當(dāng)時(shí)地基處理主要為預(yù)壓固結(jié)方法、粉噴樁加固(主要用于橋頭)，建造過(guò)程中多次出現(xiàn)路基變形病害。2005年11月鹽城至南通段(大豐段)建成通車、2006年10月連云港至鹽城段(連云港)建成通車，服役10余年來(lái)，沿海高速部分路段出現(xiàn)了不同程度的長(zhǎng)周期沉降且不收斂，嚴(yán)重路段雖經(jīng)多次加鋪罩面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)，仍無(wú)法解決軟土地基服役期長(zhǎng)期沉降問題，增加了日常管養(yǎng)工作壓力[3]。

鑒于上述，在“十二五”規(guī)劃末期，針對(duì)服役期路基長(zhǎng)周期持續(xù)沉降相對(duì)嚴(yán)重的典型路段，沿海高速公路管理公司開展了“既有高速公路軟基豎向旋噴樁、側(cè)向輻射注漿處治技術(shù)”的先導(dǎo)試驗(yàn)段工程，服役期高速公路路基沉降控制目標(biāo)導(dǎo)向的路基結(jié)構(gòu)性后加固工程先導(dǎo)實(shí)例研究與實(shí)踐，為沉降變形不收斂現(xiàn)狀路基結(jié)構(gòu)性預(yù)防加固提供了示范和寶貴經(jīng)驗(yàn)[4-9]。

1 沿海高速公路工后沉降分析

JTG D30-2015 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》指出路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)允許工后沉降值，高速公路、一級(jí)公路在橋臺(tái)與路堤相鄰處≤0.10 m，涵洞、通道處≤0.20 m，一般路段≤0.30 m。

沿海高速運(yùn)營(yíng)期路基沉降監(jiān)測(cè)于2012年開始，2013年全部路面沉降標(biāo)布設(shè)完成，截止監(jiān)測(cè)2020年(12月)運(yùn)營(yíng)期約8年的路基沉降(包括2020年二期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù))，定義了設(shè)計(jì)“基準(zhǔn)沉降”特征指標(biāo)為各點(diǎn)的高程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與竣工通車前的設(shè)計(jì)高程差值，可近似表征沿海高速公路路基工后累計(jì)沉降。同時(shí)，定義了運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)“沉降增量”，為2013-2020年運(yùn)營(yíng)期近8年的路基沉降累計(jì)實(shí)測(cè)值，用于分析沿海高速路基沉降歷時(shí)演化規(guī)律。

1.1 沉降觀測(cè)方案

根據(jù)2012-2017年觀測(cè)數(shù)據(jù)，選擇沉降速率超過(guò)了10～12 mm/年的路段，選擇2011年至今高速路面病害集中且經(jīng)過(guò)多次維養(yǎng)路段，以及采用高壓旋噴樁、側(cè)向輻射注漿和小導(dǎo)管注漿等結(jié)構(gòu)性托換加固路段，“沿海高速公路重點(diǎn)路段典型斷面路基變形監(jiān)測(cè)(2018-2020)”項(xiàng)目中，路面沉降重點(diǎn)路段共8個(gè)，雙向累計(jì)25 km，累計(jì)1 014個(gè)觀測(cè)沉降標(biāo)，2018-2020年沉降觀測(cè)段落統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 2018-2020沉降觀測(cè)段落統(tǒng)計(jì)

重點(diǎn)路段觀測(cè)頻率為每6個(gè)月觀測(cè)1次，每年觀測(cè)2次。

1.2 沉降觀測(cè)路段基準(zhǔn)沉降分析

根據(jù)沿海高速竣工通車前設(shè)計(jì)高程基準(zhǔn)值，基于2020年12月份第17次測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)高程，繪制沿海高速公路2020年基準(zhǔn)沉降表征的路基工后沉降的里程分布圖，定義連云港至南通方向?yàn)檫B通方向，反之為通連方向，大豐段設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沉降分布圖見圖1。

圖1 大豐段設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沉降分布圖

由圖1可見，大豐段(里程K1034+600-K1036+000)運(yùn)營(yíng)期內(nèi)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沉降一般小于450 mm，且相當(dāng)部分沉降標(biāo)的基準(zhǔn)沉降大于300 mm，超過(guò)一般路段工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。大豐段(里程K1033+000-K1033+300)連通方向，部分路段基準(zhǔn)沉降接近800 mm，明顯超過(guò)一般路段路基沉降工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。因此，沿海高速公路建造時(shí)的軟土地基控沉加固，部分路段未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。毋庸置疑，沿海高速局部路段日常管養(yǎng)多次集中罩面專項(xiàng)大修、個(gè)別路段采用軟土地基控沉目標(biāo)導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)性托換加固，與軟土地基控沉質(zhì)量偏低不無(wú)關(guān)系。

1.3 不同性質(zhì)路段基準(zhǔn)沉降統(tǒng)計(jì)

按路段不同性質(zhì)(橋頭連接段、過(guò)渡段、箱涵連接段、一般長(zhǎng)路基段)，統(tǒng)計(jì)了沿海高速監(jiān)測(cè)里程基準(zhǔn)沉降水平關(guān)聯(lián)的分布特征，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沉降分路段統(tǒng)計(jì)量見表2。

表2 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沉降分路段統(tǒng)計(jì)量

由表2可見，沿海高速橋頭段累計(jì)31個(gè)沉降標(biāo)，22個(gè)基準(zhǔn)沉降滿足工后沉降小于100 mm設(shè)計(jì)要求，有7處橋頭基準(zhǔn)沉降位于100～150 mm區(qū)間，沿海高速橋頭連接段工后沉降控制符合要求。橋頭過(guò)渡段累計(jì)199個(gè)沉降標(biāo)，基準(zhǔn)沉降超過(guò)200 mm工后沉降閾值累計(jì)26個(gè)，占同性質(zhì)路段的13%，其中連通方向約18個(gè)沉降標(biāo)、通連方向約8個(gè)沉降標(biāo)基準(zhǔn)沉降超過(guò)200 mm。箱涵連接段累計(jì)31個(gè)沉降標(biāo)，基準(zhǔn)沉降超過(guò)200 mm的有2個(gè)，其中1個(gè)超過(guò)300 mm，占同性質(zhì)路段的6%。一般路段累計(jì)沉降標(biāo)297個(gè)，基準(zhǔn)沉降超過(guò)300 mm累計(jì)30處，占同性質(zhì)路段的10%。

綜合上述沉降標(biāo)點(diǎn)位的基準(zhǔn)沉降數(shù)據(jù)，沿海高速公路不同性質(zhì)路基段的工后沉降控制水平，符合不同性質(zhì)路基沉降標(biāo)準(zhǔn)并且協(xié)配良好。其中，橋頭連接段和小型構(gòu)造物連接段工后沉降控制良好。但是，橋頭過(guò)渡段和一般路基段部分測(cè)點(diǎn)基準(zhǔn)沉降超過(guò)設(shè)計(jì)控制值300 mm，測(cè)點(diǎn)占比分別達(dá)到7%和10%，一般路段沉降控制水平相對(duì)更差，不同路段設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沉降分布特征圖見圖2。

圖2 不同路段設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沉降分布特征(沉降單位：mm)

2 運(yùn)營(yíng)觀測(cè)期沉降增量分析

2.1 實(shí)測(cè)沉降增量統(tǒng)計(jì)

沿海高速運(yùn)營(yíng)期路基沉降監(jiān)測(cè)(2013-2020年)，運(yùn)營(yíng)期8年的路基沉降“沉降增量”特征指標(biāo)，沿里程分布特征，大豐段測(cè)點(diǎn)沉降增量分布圖見圖3。

圖3 大豐段測(cè)點(diǎn)沉降增量分布圖

由圖3可見，近8年連續(xù)路基沉降監(jiān)測(cè)的沉降增量一般小于80 mm，平均沉降速率<12 mm/年。但是，大豐段(里程K1033+000-K1033+300)實(shí)測(cè)沉降增量約180 mm。此外，實(shí)測(cè)路基沉降增量的里程分布特征，基本與基準(zhǔn)沉降分布特征一致，驗(yàn)證了基準(zhǔn)沉降作為工后沉降相對(duì)控制水平評(píng)價(jià)的合理性。

2.2 沉降增量區(qū)間統(tǒng)計(jì)

本文根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，分區(qū)間統(tǒng)計(jì)了運(yùn)營(yíng)觀測(cè)期約8年(2013-2020年)的路基沉降增量，統(tǒng)計(jì)表見表3。

表3 觀測(cè)期沉降分路段沉降增量統(tǒng)計(jì)表

由表3可見，橋頭連接段，除連通方向1個(gè)點(diǎn)位外，運(yùn)營(yíng)期沉降增量均小于20 mm，沉降控制良好。箱涵連接路段除5個(gè)點(diǎn)位外，其余點(diǎn)位沉降增量小于20 mm，沉降控制相對(duì)良好。橋頭過(guò)渡段觀測(cè)期內(nèi)連通方向43個(gè)路面沉降標(biāo)，通連方向17個(gè)路面沉降標(biāo)的沉降增量超過(guò)20 mm，占相同性質(zhì)路段的30.2%，特別是連通方向4個(gè)沉降標(biāo)的沉降增量超過(guò)80 mm，說(shuō)明對(duì)應(yīng)代表路段的沉降控制不良。一般路段在運(yùn)營(yíng)觀測(cè)期內(nèi)沉降增量超過(guò)30 mm的點(diǎn)位共計(jì)119個(gè)，占同性質(zhì)路段的42.7%，沉降增量超過(guò)80 mm的點(diǎn)位26個(gè)，說(shuō)明一般路段的沉降控制相對(duì)較差。

故總結(jié)分析認(rèn)為，沿海高速3類不同性質(zhì)路段路基沉降控制，橋頭段優(yōu)于連接段箱涵段；連接段箱涵段明顯優(yōu)于一般路段，路基沉降控沉水平縱向分布具有路基性質(zhì)顯著關(guān)聯(lián)特征，反映了原有路基地基沉降控制施工圖設(shè)計(jì)的良好效果，觀測(cè)期內(nèi)沉降增量統(tǒng)計(jì)圖見圖4。橋頭連接段、橋頭過(guò)渡段、一般路段、箱涵路段沉降標(biāo)沉降增量統(tǒng)計(jì)分布圖分別見圖5～圖8。

圖4 觀測(cè)期內(nèi)沉降增量統(tǒng)計(jì)

圖5 橋頭連接段沉降標(biāo)沉降增量統(tǒng)計(jì)分布圖

圖6 橋頭過(guò)渡段沉降標(biāo)沉降增量統(tǒng)計(jì)分布圖

圖7 一般路段沉降標(biāo)沉降增量統(tǒng)計(jì)分布圖

圖8 箱涵段落沉降增量分布統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

沉降觀測(cè)是判斷路面沉降收斂最直觀的方法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況更新和加密了觀測(cè)點(diǎn)位，按照實(shí)施方案測(cè)得了沿海高速布設(shè)的路面沉降標(biāo)最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步補(bǔ)充了沿海沉降數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合前期(2012-2017)的數(shù)據(jù)，可得出如下結(jié)論。

1) 沿海高速公路運(yùn)營(yíng)期路基沉降發(fā)展一般小于80 mm，路基沉降總體可控，但路基沉降長(zhǎng)周期歷時(shí)發(fā)展的收斂特征不明顯，與傳統(tǒng)主固結(jié)壓縮沉降收斂的特征相悖。

2) 沿海高速K1033+000-K1033+300路段的實(shí)測(cè)沉降增量普遍偏高，且與設(shè)計(jì)標(biāo)高基準(zhǔn)沉降揭示規(guī)律一致。

3) 沿海高速路基縱向不同性質(zhì)路段，橋頭優(yōu)于連接段箱涵段；連接段箱涵段明顯優(yōu)于一般路段，路基縱向控沉整體協(xié)配良好，說(shuō)明粉噴樁對(duì)控制沉降有較好效果。