广东华路交通科技有限公司
摘要：某某高速公路是广东省公路运输网的重要组成公路道。日均车流量达到87000多辆，节假日则多达13万车次。路面病害的发生将对交通安全造成较为明显的影响，如不及时对路面病害进行处理，必将对道路的运输能力与安全性能造成较为严重的影响。该高速公路K21+022.7至K31+200间路段路面的破坏形式较为单一，主要以裂缝为主，尤其是纵向裂缝较多，其他形式的破坏（表面类、竖向变形类）相对较少。路面病害大多发生于旧路，这与以往认识中高速公路扩建工程病害的发生位置有较大出入。基于监测数据，同时结合专家论证得出，对于软土地区而言，新路堤的修建，打破了老路基的固结平衡状态，最终导致旧路路面的反射开裂。
关键词：扩建；沉降；监测；分析
一、施工期及工后沉降监测分析
该高速公路扩建工程在施工期间（包括新路路基填筑及新路路面铺设两个阶段）为了监测新旧路的差异沉降及评价新路堤填土速率的安全性，曾于新旧路布置过沉降板及沉降测点进行监测，沉降板位于旧路的坡脚，而部分沉降测点位于旧路路肩。而工后为了解新旧路的沉降情况，也布置了一系列的沉降测点，其中一部分位于旧路上。通过这些监测数据可以对整个施工期及工后旧路沉降的发生情况得到大致的了解。
1.新路堤填筑期路基沉降监测资料分析
在扩建工程新路堤填筑期间，曾进行个多个断面的沉降监测，现选取K22+080、K24+945及K28+480四个断面的监测结果分析在新路堤填筑期间旧路基沉降的发展情况。
如图1所示，各监测断面在旧路堤左右坡脚位置埋设沉降板，在新路堤填筑期间，对旧路堤坡脚处的沉降发展状况进行监测。尽管沉降板并非设置在旧路的靠中位置，但从图中可以看出，沉降板所在位置下方设置了桩，而邻近的旧路地基并没有设置桩，因此可以推断在新路堤荷载作用下，旧路靠中位置的沉降应比旧路堤坡脚的沉降更大。所以对坡脚处沉降板的沉降数据分析，可以窥测出在新路堤填筑期间旧路沉降的大致发展情况。
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图1新路堤填筑期间旧路堤沉降板布置示意图
在新路堤施工期间及施工结束后的一定时间内，对各沉降监测点的沉降发展进行监测，并以月为单位统计每期时间内各沉降测点的累计沉降量。下面对各监测断面的沉降监测结果进行分析。
K22+080断面左幅最后累计沉降90.1mm，右幅累计沉降90.6mm。K22+080断面各期沉降监测成果汇总如表1，沉降监测曲线如图2。
表1 K22+080断面沉降监测结果
图2 K22+080断面沉降监测曲线
K24+945在填筑期间沉降较大，填土完成后在较长的下段时间内沉降相比其他标段仍较大，在本监测项目末期沉降有所收敛。K24+945断面各期沉降监测成果汇总于表2，沉降监测曲线见图3。
表2 K24+945断面各期沉降结果
图3 K24+945断面沉降结果图
K28+480断面总沉降量，左幅：90.5mm，右幅：100.4mm。路堤填筑期间沉降量为左幅58.9mm，右幅67.9mm，日平均沉降速率分别为0.25mm，0.28mm；K28+480断面沉降各期监测成果见表4，K28+480断面沉降监测成果如图4。
表3 K28+480断面各期沉降结果
图4 K28+320断面沉降结果图
从路堤填筑期间的沉降监测数据来看，由于在在紧贴旧路堤的位置填筑新路堤，增加了作用在旧路堤上的荷载，使得旧路堤坡脚位置发生了较为明显的沉降，在整个新路堤填筑时间内及新路堤填筑完成后的很长一段时间内，旧路堤坡脚位置都发生了较为明显的沉降。并由前面的分析可知，旧中靠中位置发生的沉降应该更大。由此可推知，新路堤的填筑打破了旧路堤原本的受力平衡，使得旧路堤的沉降再次发生。
2.新路路面施工期沉降监测数据分析
在新路路面施工期间，为了了解路面施工期间新旧路堤的沉降发展情况，曾对路面铺设期间进行了沉降监测。在布设沉降测点时，有部分测点布置在旧路路肩上。因此，通过对新路路面施工期布置在旧路上的沉降监测数据进行分析可以了解旧路在这段时间内的沉降发展趋势。
布设沉降测点时，根据路线经过地段的工程地质条件，路基填方高度、路基处理方式、相邻桥涵分布及路面结构类型等情况，共布置了49个试验监测断面，主要监测路面施工过程中路床顶面沿路基横断面的地表沉降和坡脚地面水平位移。各监测断面布置有三个地表沉降观测点。现在选取K24+350、K24+930两个监测断面的沉降监测数据进行分析。两观测断面的位置以及工程处理措施情况汇总于表3-6中。
表4 选择分析用观测断面位置及工程处理措施情况
K24+350和K24+935监测断面处原路基采用塑料排水板堆载预压法进行软土地基加固处理，新拓宽路基采用素混凝土桩（CFG桩）复合地基方法加固，路基横断面如图3-6。塑料排水板与CFG桩均设计为打穿软土层，塑料排水板的设计间距为1m，CFG桩的桩径50cm，扩建路基范围内(边坡桩)的桩中心间距为1.8m，填方路段坡顶线外侧起(非边坡桩)桩中心间距为2.0m。CFG桩设计单桩承载力不少于200kN，复合地基承载力不少于150kPa。桩顶设尺寸为1m×1m×0.4m（长×宽×厚）的混凝土桩帽，上部铺设50cm厚的砂垫层和一层钢塑双向土工格栅。由于新拓宽道路需要尽快开放交通，拓宽车道的路堤土填筑完毕后，随即开始路面结构层的铺设。拓宽新路堤的路面结构见图5。
监测断面处各沉降观测点的道路顶面沉降与路面结构层加铺厚度、时间的关系曲线如图6（a）、（b）所示。图中，T1为碎石垫层和水泥稳定碎石底基层加铺完毕后距离下一路面结构层（水泥稳定碎石基层）加铺的时间间隔，T2为两层18cm厚的水泥稳定碎石基层铺设时间间隔，T3为水泥稳定碎石基层与沥青下面层施工时间间隔，T4为沥青混凝土下面层与中面层施工时间间隔，T5为厚度6cm沥青混凝土中面层加铺完毕至监测截止时间间隔，表5为监测断面处各路面结构层施工时间进程情况。
结果显示：在拓宽路堤路面施工期间，旧路发生了一定的沉降，至监测天数达240日为止，两监测断面各沉降测点的沉降量均处于不停的增长中。其中位于旧路上的K24+350监测断面C3测点最大累计沉降超过20mm，而K24+350监测断面C3测点最大累计沉降超过50mm。
从图3-7中K24+350、K24+930两断面的C3测点沉降的发展趋势来看，在路面结构层加铺过程中，旧路地基也发生了较大的沉降，且在整个路面铺筑过程及铺筑完成后相当长的一段时间内，旧路的沉降始终处于增长状态。当路面结构层加铺至沥青面层时，在一段时间内旧路地基沉降甚至超过了拓宽新车道路基沉降，分析其原因应是本路段软基较深厚，旧路基采用塑料排水板加固的深度亦存在不足，尽管建成通车十多年来路基固结沉降已逐步完成，但是拓宽新路对旧路基产生新的荷载，引起的地基附加应力打破了旧路基固结沉降平衡状态，使得旧路基又开始了新的一轮沉降。当旧路基重新开始固结沉降，情况严重时，有可能导致道路扩建后新旧路差异沉降沿横断面出现旧路低新路高的凹陷及裂缝，路面无法形成排水良好的路拱，而降雨之后雨水无法及时有效的排了路基范围，使得道路病害更加严重，陷入恶性循环，长此以必将影响扩建道路长期性能和行车安全。
3.工后沉降监测数据分析
在新路扩建完成后，对新旧路都进行过沉降监测。其中布置在旧路上的沉降测点位于旧路路肩，如图7所示。为了解扩建完成通车后旧路沉降的发展情况，现选取K21+730、K24+930、K27+700、K30+710四个断面上布置于旧路路肩的沉降测点的监测结果进行分析研究，表5给出了选择分析的四个断面平均填土高度地基处理深度及处理方法等工程情况。
图7填方路堤监测断面测点布置
表5 工后沉降监测代表性断面工程情况
各位置监测点所测得的沉降结果见表6及表7。
表6 K21+730及K24+930监测断面旧路路肩处累计沉降量
从监测结果来看，K21+730与K24+930两个监测断面工后沉降一直处于增长中，至通车后450天，K21+730监测断面旧路路肩处的沉降已超过10mm，而K24+930监测断面的旧路路肩处的沉降已超过20mm，并且从沉降趋势的发展来看，工后沉降一直处于发展中，并没有稳定下来的趋势。
表7 K27+700及K30+710监测断面旧路路肩处累计沉降量
从监测结果来看，K27+700及K30+710两监测断面旧路路肩处的沉降测点至通车后450天为止，累计沉降量较小，最大也不超过5mm。但从各沉降测点沉降发展的趋势来看，沉降的发展一直处于发展中。
从工后沉降监测数据来看，在通车后较长的时间内，布置在不同断面的沉降测点测得的最大沉降均不同，至通车后450天，K21+730监测断面旧路路肩处的沉降已超过10mm，而K24+930监测断面的旧路路肩处的沉降已超过20mm，而K27+700及K30+710两监测断面旧路路肩处的沉降测点至通车后450天为止，累计沉降量较小，最大也不超过5mm。虽然各点的沉降量有大有小，分析各点沉降发展趋势就可以看出，各点的沉降一直处于增长中，至监测期末出没有出现稳定下来的趋势。
结语
1、软基地区哪怕通车多年、路基固结沉降已基本完成，但由于外侧路基的扩宽在旧路基产生新的荷载，导致地基出现附加应力打破了旧路基固结沉降平衡状态，使得旧路基又开始了新的一轮沉降。
2、旧路基的二次沉降固结常会导致道路扩建后新旧路面出现沉降差，沿横向表现为旧路低新路高，进而致使路面出现区域性的凹陷及大量的纵向裂缝。
3、现场实际监测数据表明，对于软土地基区域的道路扩建而言，若未对老路基采取有效的加固措施，则扩建后整个道路断面可能呈现为微“U”型槽状，无法形成良好的路拱排水。随着积水现象和纵向反射裂缝的出现，再加上车辆荷载的反复作用，又会使得路面出现水损坏、基层松散等病害。