高速公路改扩建中旧路基与新拓宽路基衔接处沉降控制技术研究

摘要:本研究聚焦高速公路改扩建中旧路基与新拓宽路基衔接处沉降控制问题。在高速公路改扩建工程里，新旧路基衔接处沉降差异常引发路面病害，影响道路使用性能与安全。为解决此问题，通过在分析不同工况下的沉降规律；并结合土力学理论对沉降机理进行深入剖析。结果表明，提出了一套适用于该类工程的沉降控制技术体系，涵盖了地基处理、路基填筑与加筋等方面的具体措施。针对不同地质条件的基底分别采用强夯法与CFG桩加固的方式进行处理；路基填筑材料选的是级配碎石土，还增铺了土工格栅来增强整体稳定性；在分层填筑和压实施工的时候，每层厚度控制在30厘米以内，再选用合适的压实机械和工艺参数。研究结论为高速公路改扩建工程中旧路基与新拓宽路基衔接处的沉降控制提供了科学有效的技术手段，可在类似工程中推广应用。

关键字：高速公路改扩建；新旧路基衔接；沉降控制技术

1引言

高速公路改扩建工程中，新旧路基衔接处的沉降差异是制约工程质量的核心问题之一。沉降差异会引发多种路面病害，包括纵向裂缝、路基错台及唧泥现象：纵向裂缝多沿衔接缝呈线状分布，由新旧路基变形不协调导致路面拉伸破坏；路基错台表现为新旧路基顶面高度差，直接破坏路面连续性；唧泥则因雨水渗入缝隙，带动基层材料流失，进一步恶化路面结构。这些病害不仅降低道路使用性能，如行车舒适度下降、路面平整度降低导致车辆油耗增加，还会带来安全隐患——裂缝和错台影响车辆操控稳定性，雨天唧泥现象易引发轮胎打滑，增加交通事故风险。路基处置深度不合理是加剧沉降差异的关键因素，合理的处置深度控制可有效减少病害发生概率。

2新旧路基衔接处沉降机理分析

2.1  新拓宽路基的沉降变形规律

新拓宽路基的沉降变形规律贯穿填筑至运营全过程，主要包含固结沉降、次固结沉降及工后沉降三个阶段。填筑过程中，新路基填料在自重荷载作用下，孔隙水逐渐排出，有效应力逐步增加，引发固结沉降，其大小与填料性质、压实度及填筑速率密切相关。次固结沉降则发生在主固结完成后，由土颗粒的蠕变特性导致，虽速率较慢但持续时间长，对长期沉降控制影响显著。工后沉降是运营阶段车辆荷载与环境因素共同作用下的沉降变形，直接关系到新旧路基衔接处的差异沉降问题。

合理的填筑工艺与地基处理技术可有效降低各阶段沉降量，为高速公路改扩建工程的沉降控制提供了参考。例如，通过分层填筑并严格控制压实度，可减少固结沉降的初始值；采用加筋或桩基础加固等技术，能抑制次固结沉降的发展。

计算固结沉降时，常用分层总和法，公式为：

2.2 新旧路基衔接处的差异沉降机理

高速公路改扩建工程中，新旧路基衔接处的差异沉降源于两者力学特性与受力状态的显著差异。旧路基经长期运营，土体压实度衰减但应力状态趋于稳定；新路基填筑后处于固结过程，附加应力随时间逐步传递至地基。不同地质条件下，差异沉降的力学机制呈现明显差异：软土地基中，新路基荷载引发的超静孔隙水压力消散缓慢，旧路基侧摩阻力不足导致侧向变形显著，加剧差异沉降；一般黏性土地基中，新旧路基的压缩模量差异使得应力分布不均，衔接面处剪应力集中，易产生滑移变形；砂性土地基中，颗粒间咬合作用较强，但新路基填筑速率过快易引发瞬时沉降，与旧路基的稳定变形形成反差（见表1）。

表1不同地质条件下路基差异沉降主导因素

差异沉降的核心力学机制可通过有效应力原理描述：

3工程概况

3.1 工程实例应用概况

本次研究选取的工程实例属于典型的某高速公路四改八扩建工程，采用两侧直接拼接加宽的方式实施。里程桩号K309+210.373，终点桩号K4+320，全长4.405km。项目路基土石方总量达62.8万方，均通过两侧拼接方式完成填筑。沿线地质条件复杂，以粉质黏土为主，局部路段分布软土层，地基承载力较低，为新旧路基衔接处的差异沉降控制带来挑战。施工过程中，针对地质特点采用了沉降控制技术体系：地基处理结合强夯法与CFG桩加固，强夯能级选取1500kN·m，CFG桩桩长12m、间距1.5m；路基填筑选用级配碎石土，分层填筑厚度严格控制在30cm以内，压实度要求不低于96%；加筋增强技术方面，在新旧路基衔接界面下0.5m处铺设双向土工格栅，共2层，格栅与旧路基采用直径16mm的锚钉固定，间距1m。该项目通过针对性的施工工艺优化，有效提升了新旧路基的变形协调性。项目施工参数的选取均围绕新旧路基衔接处的沉降控制目标，为后续沉降控制技术体系的效果验证提供了实际工程数据支撑。

4沉降控制技术体系构建

4.1 地基处理技术

地基处理技术是高速公路改扩建工程中新旧路基衔接沉降控制的核心环节，需根据不同地质条件选择适配的技术方案以确保变形协调。针对湿陷性黄土地区，强夯法通过高能量冲击使土体密实，有效消除湿陷性并提高地基承载力。强夯法的适用条件为湿陷性黄土层厚度3-8m、地下水位低于加固深度2m以上，关键参数包括夯击能1000-3000kN·m、夯点间距4-6m、夯击遍数2-3遍（最后一遍为低能量满夯），加固后地基承载力可提升30%-50%，湿陷性基本消除。对于软土地基，CFG桩复合地基技术（见图1）通过桩体与桩间土协同作用分担荷载，减少差异沉降。CFG桩适用于软土层厚度5-20m、地基承载力不足100kPa的区域，参数设计需满足桩长10-20m（穿透软土层至持力层）、桩径400-500mm、桩间距1.5-2.5m（正方形或梅花形布置）、混凝土强度等级C20-C30，复合地基承载力可达到180-250kPa（见表2）。

图1 CFG桩加固软土路基示意图

表2 不同地质条件下地基处理技术参数表

4.2 路基填筑与压实控制

在高速公路改扩建工程的新旧路基衔接段，路基填筑与压实控制是沉降控制技术体系中的核心环节。级配碎石土因颗粒级配连续、透水性强且压实性能优异，成为该段的首选填筑材料，其能有效协调新旧路基之间的变形差异，提升整体结构的稳定性。填筑过程中，分层厚度严格控制在≤30cm，针对新旧衔接过渡区域，进一步将厚度缩减至≤25cm，薄分层填筑可确保每一层材料均能达到设计压实度，避免厚层填筑导致的压实不均问题。压实机械选用20t以上的重型振动压路机，结合静压预压与振动碾压的组合工艺，碾压遍数根据填筑层位调整：新路基上下层为6-8遍，新旧衔接层因需强化结合效果增至8-10遍，行驶速度保持在2-3km/h，确保能量均匀传递至土体内。含水率控制是压实效果的关键，需维持在最优含水率±2%范围内，衔接层因掺加5%水泥需进一步缩小至±1%，以保证水泥水化反应的充分进行。压实参数的精准把控不仅能保障施工过程的安全性，更能显著降低新旧路基衔接处的差异沉降风险，减少后期路面病害的发生。通过上述填筑与压实措施的协同应用，可使新旧路基形成一个紧密结合的整体结构，有效控制工后沉降量（见表3）。

表3路基填筑与压实控制是沉降控制参数

4.3 加筋增强技术

在高速公路改扩建工程新旧路基衔接段，土工格栅通过增强界面摩擦与应力传递能力，显著提升路基整体稳定性并控制差异沉降。加筋路基的整体稳定性系数可通过考虑土工格栅拉力的极限平衡法计算：

图2土工格栅铺设示意图

铺设位置需结合旧路基边坡形态与新路基填筑高度确定，通常在新旧路基结合部的浅层（0.5m深度）、中层（1.5m深度）及深层（2.5m深度）分层布置，浅层格栅主要约束表层填料变形，深层格栅则承担下部地基应力传递。层数选择与路基填筑高度相关，1层格栅适用于填筑高度≤3m的路段，2层适用于3-5m路段，3层适用于≥5m路段，多层格栅可形成连续的应力传递带，降低层间剪切变形。连接方式上，土工格栅与旧路基的连接需采用锚钉固定（锚钉间距0.8m，深度1.2m），新路基内格栅搭接长度不小于1.5m，确保格栅与填料间的协同工作（见表4）。

表4 不同参数下土工格栅对差异沉降的控制效果

4.4 沉降控制效果分析

本工程通过布设沉降观测点持续监测18个月，对比应用沉降控制技术体系前后的效果。应用前，旧路基因长期运营压实度衰减，工后1年累计沉降量达125mm；新路基填筑后固结沉降未充分完成，工后1年沉降量180mm，两者差异沉降量65mm，远超规范允许的30mm限值。路面受差异沉降影响，出现横向裂缝总长度210m、纵向裂缝85m，局部区域存在坑槽及唧浆现象，病害发生率达32%。

应用技术体系后，地基处理技术增强了软弱地基承载力，加筋增强技术改善了新旧路基变形协调性，填筑压实控制减少了新路基工后沉降。监测显示，旧路基工后1年累计沉降量降至42mm，新路基为58mm，差异沉降量仅16mm，满足规范要求。路面横向裂缝长度缩至15m，纵向裂缝基本消除，无坑槽及唧浆现象，病害发生率降至5%以下。数据表明，该技术体系有效抑制了差异沉降，降低了路面病害风险，保障了道路运营安全与使用寿命（见表5）。

表5监测项目与沉降控制效果对比分析

5 总结

高速公路改扩建工程中，新旧路基衔接处的差异沉降问题直接关系到道路使用性能与行车安全，是改扩建项目需重点解决的核心技术难题。本文通过对沉降机理的系统分析，明确旧路基经长期运营后存在压实度衰减、强度降低及变形累积的特性，而新拓宽路基则面临固结沉降与次固结沉降的发展过程，两者在应力传递与变形协调上的差异是导致衔接处差异沉降的主要力学机制。结合某高速公路四改八改扩建工程实例，构建了涵盖地基处理、路基填筑压实、加筋增强的综合沉降控制技术体系：针对不同地质条件采用强夯法或CFG桩加固地基，优化级配碎石土填筑参数并严格控制分层厚度≤30cm，合理设置土工格栅的铺设位置与层数以增强新旧路基连接稳定性。实践结果表明，该技术体系有效降低了新旧路基衔接处的沉降量与差异沉降值，显著减少了路面裂缝、错台等病害的发生，提升了道路的整体稳定性与使用寿命。本研究形成的沉降控制技术体系可为类似高速公路改扩建工程中新旧路基衔接处的沉降问题提供科学的技术支撑与实践参考，对保障改扩建道路的长期运营性能具有重要意义。

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