高填方路基主要病害成因分析與施工控制

鄧洪宗

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

路基填筑的合理高度，因不同的地質水文和施工條件而異。在東部沿海地區(qū)，地下水位偏高，優(yōu)質筑路材料較少，通過設計合理的低路基可以獲得資源節(jié)約、環(huán)境友好、性能優(yōu)良的公路基礎設施。根據(jù)JTG D30-2004公路路基設計規(guī)范[1]，高填方路基是指填土高度大于18 m的土質路堤或填土高度大于20 m的石質路堤。近年來，我國道路建設高速發(fā)展，道路的設計與施工中的經(jīng)濟、低碳與環(huán)保的理念也在不斷地得到升華。然而對于土石方開挖量較大的山區(qū)公路，為了減少工程棄方遠運費用，縮小占地面積，節(jié)約工程造價，方便施工，高填方路基設計方案被廣泛采用。但由于高填方路基自身的工程特性，路基病害較低填方路基更為突出，并且不易控制。因此，對高填方路基變形、開裂及穩(wěn)定性等方面的病害成因進行詳細的分析，并提出合理的施工控制措施具有重要的工程意義。

1 病害類型及工程案例

1.1 路基開裂

路基開裂可以分為橫向開裂和縱向開裂。一般情況下，橫向裂縫和縱向裂縫見于路面病害方面，而很少見于路基病害方面，從而使研究裂縫的對象常常會集中在路面的結構與材料方面。實際上，與普通路基不同的是，橫縱向裂縫也是高填方路基常見病害之一。如圖1所示為2012年8月貴州某高速公路高填方路段出現(xiàn)了嚴重的縱向裂縫。盡管圖1中反映的是路面開裂，但明顯可以看到路基中出現(xiàn)的裂縫，這將對道路安全運營帶來嚴重的安全隱患，必須加以重視。

1.2 不均勻沉降和局部沉陷

路基工程完工后，路基在各種因素作用下，出現(xiàn)整體或局部沉陷，是新建公路中常見的病害。甘肅天水至定西高速公路(天定高速)自2011年元月通車以來不到兩年的時間內，高填方路段中前后就發(fā)生多處沉陷(見圖2)，造成巨大的經(jīng)濟損失和不利的社會影響。

圖1 路基開裂引起路面嚴重破壞

圖2 高填方路基局部沉陷[2]

1.3 路基或邊坡滑坍

路基或邊坡滑坍病害的出現(xiàn)往往是多種因素作用下導致的結果，造成的經(jīng)濟損失和社會影響往往較大，恢復通車時間也相對較長，是路基和邊坡設計中應著重避免的病害。2011年云南某公路高填方路段出現(xiàn)的因降雨而導致的路基滑坍(見圖3)，造成巨大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響。

圖3 高填方路基整體滑坍破壞

2 常見病害成因分析

2.1 工程地質因素

工程地質條件是造成高填方路基各種病害的重要因素。高填方路基往往應用于地形條件差，不適宜采用架橋或降低路基標高等措施的路段，這些路段的地質條件相對也比較復雜。同時，高填方路基的基底寬度沿線差異較大，兩側較為空曠的高等級公路的基底寬度可達90 m以上[3]。

當路線經(jīng)過一些山坡時，迎風坡與背風坡的土質可能存在差異。通常，背風坡土質可能是后期逐漸沉積形成的，年代較短，土體的前期固結較差，土質的密實度較小，承載能力較差;由于風的作用，迎風坡深層的土被暴露出來，土質可能年代較久遠，土體的前期固結較好，土質的密實度較大，承載能力較強。此時，基底未能得到合理的處治，盡管施工時壓實達到要求，但很容易使路基在后期出現(xiàn)橫向或縱向沉降差，從而使得路面出現(xiàn)橫向裂縫和縱向裂縫。

2.2 勘察設計因素

外業(yè)勘測過程中未能對高填方路段地質進行布探，僅僅以一段路的主要地質情況進行籠統(tǒng)調查，造成對高填方路段的地質構造、各種不良地質的分布狀況不清，也就導致無法從技術上進行合理的設計;在內業(yè)設計過程中，未經(jīng)高填方路基的穩(wěn)定性驗算，僅僅按一般路基進行設計，施工工藝、填料等方面也沒有提出針對性的設計方案，改擴建工程、新舊路連接處未按要求進行合理處治。同時，路基排水系統(tǒng)是保障路基長期性能的重要基礎，應根據(jù)當?shù)氐乃臈l件和排水需要進行合理設計。如果處理不當，這些因素都會導致高填方路基可能出現(xiàn)整體下沉、局部沉陷或不均勻沉降，造成高填方路基病害，進而引發(fā)各種路面破壞。

2.3 施工方面

1)高填方路基由于填筑高度較高，施工時壓實過程的控制不是很合理。尤其是高填方路基土基上方一定高度由于壓實機械無法到達現(xiàn)場，小型壓實機具壓實不充分便再次填土，導致底層壓實度達不到要求，工后很容易形成整體或局部沉降。如圖1所示的貴州某高速公路出現(xiàn)的縱向裂縫可能就是由于路基橫向壓實的不均勻性以及靠近路肩寬度范圍壓實度難以保證導致縱向裂縫的出現(xiàn)，進而拉裂了其上的路面結構層。

2)路基填料土質不符合要求。高填方路段由于所需路基填土量較大，底部的填土質量無法得到合理的監(jiān)測，施工人員為了節(jié)約成本，填料中混進了便于取用的種植土、膨脹土、腐殖土或泥沼土等劣質土。由于這幾類土中有機物含量多、抗水性差、強度低，路基在施工完成后難免出現(xiàn)塑性變形或沉陷破壞。天定高速施工時未重視填料土質的控制，就是造成高填方路段路基沉降的重要原因之一。

3)高填方路段的基底承載能力不足，而又未進行處理。高填方路基由于其自重較大，當填土繼續(xù)進行時，就會使得原地基產(chǎn)生壓縮變形，導致路基下沉。

4)高填方路基的排水與防水設施不完善，使得路基浸水軟化，路基承載能力下降，導致路基下沉或滑坍。諸多路基或邊坡滑坍，大部分情況下都是由于強降雨時路基浸水或邊坡土層浸水形成滑裂面而造成的。

5)高填方路基施工完成后，未經(jīng)足夠時間的沉降固結就鋪筑路面，使得路基使用不久就出現(xiàn)沉陷。由于地形條件的影響，施工單位往往將低填方路段的施工完成后，才進行高填方路段路基施工，以至于高填方路段路基施工完成后，沒有足夠的沉降固結期就進行路面鋪筑，為高填方路基病害埋下禍根。

2.4 低價中標

合理的工程造價是公路建設的基本前提和重要保障。然而隨著工程行業(yè)競爭的加劇，部分單位為中標而故意壓價，甚至將工程造價降低至工料機的成本價以下，致使原材料質量和施工質量難以保證，路基路面在通車運營初期即出現(xiàn)嚴重的破壞。例如，天定高速全長約235 km，總投資約87.5億元。據(jù)有關資料介紹[2]，目前1 km高速造價平均約為1億元，天定高速因四年前招標、開工，造價較低，平均為3 700萬元/km，超低造價嚴重影響了工程質量。

可見，低價中標帶來的直接后果可能是劣質工程導致的交通安全隱患和惡劣的社會影響，進一步將是后期維護和改建更多的資金投入。因此，除了需要政府部門制定對策加強監(jiān)管、理清職責權利關系之外，還需要相關行業(yè)重塑職業(yè)道德和質量—安全—責任意識，強化法制觀念，以優(yōu)異的工程質量造福一方百姓。

2.5 工期緊張

近些年，隨著筑路技術的進步和施工機械化程度的提高，公路建設的速度加快，使得工程建設時間大幅縮短。但是，也存在一些單位為了迎合業(yè)主需要而盲目搶工期的情況，不惜以公路質量為代價大幅縮短工期，甚至出現(xiàn)一些中國特色的面子工程、獻禮工程、政績工程，在運營初期就出現(xiàn)了各種嚴重的病害形式，修復代價昂貴。這些工程的背后，實際上有些屬于豆腐渣工程，是對人民生命財產(chǎn)安全不負責任的做法。

3 施工控制措施

3.1 施工前的準備工作

1)仔細審閱設計文件，掌握各路段的填方情況、地質狀況、水溫狀況、材料情況及現(xiàn)場周圍環(huán)境條件，并針對關鍵路段重點勘查，發(fā)現(xiàn)有不合理或與實際差異較大的情況應及時上報業(yè)主，妥善處置。

2)清理地表植被或不良土質，并檢查地表土的壓實情況，必要時應先對地表土進行換填或打樁處理。

3)合理設置排水與防水設施，保證填土不被水浸泡或沖刷;疏通路基兩側縱橫向排水系統(tǒng)，在紅線外側可各修一條90 cm左右寬的縱向排水溝貫穿全線，避免路基受水浸泡。

4)嚴格控制路基填料的土質與級配，避免不同土料混填，調查取土坑或土料場填料的土質、含水量，避免使用不適宜的填料填筑路基。在選取路堤填料的時候應進行相關試驗，以確定填料土質。

3.2 控制施工過程

1)采用水平分層填筑方式進行路基填筑，并控制各層的壓實厚度與寬度。各層應使得層面平整，以利于壓實均勻。壓實厚度應根據(jù)壓實機具、碾壓次數(shù)、壓實功率、土質狀況等相關參數(shù)確定，而不宜只憑借施工人員的感覺進行。一般情況下，每層的壓實厚度不宜超過30 cm，填土攤鋪的寬度應較設計寬度至少多出50 cm[4]。

2)施工過程中，應保證各施工層表面無積水，并根據(jù)土質和氣候狀況設計2%～4%的雙向或單向排水橫坡，以便于雨水的及時排除[5]。在間歇施工時，應根據(jù)具體情況，必要時對高填方路段路基進行覆蓋處理，以防暴雨沖刷或烈日暴曬填筑層表面。

3)嚴格控制填料的含水量，保證壓實時填土在最佳含水量附近，以保證壓實質量。其他條件不變時，在最佳含水量下壓實的效果最好。同時，根據(jù)各地區(qū)氣候條件的不同，對填土含水量應進行適當調整，以避免施工過程中，因水分過多散失或含水量過大而造成壓實不充分。

4)及時監(jiān)測各層壓實度。每一層壓實結束后，應對其壓實度進行檢查。對于壓實不符合要求的情況，要及時采取適當措施進行處理，必要時可采用強夯處理，以確保路基的壓實度達到要求。

5)加強高填方路基邊部壓實。高填方路基由于較為特殊的工程條件，使得施工時路基邊部壓實較為困難，從而忽略了這部分的壓實工作。為保證路基的整體穩(wěn)定性，保證邊坡的壓實度，必須采取超填削坡的方式，加強路基邊部的壓實。

6)當原地面縱坡大于12%或橫坡陡于1∶5時，應按設計要求進行挖臺階處理。一般情況下，可設置坡度向內并大于4%、寬度大于2 m 的臺階[6]。

3.3 控制工后養(yǎng)護工作

1)保證路基施工結束后有一定的沉降固結時間。由于高填方路基的路基體積大，對地基的壓縮應力大，使得地基會產(chǎn)生一定的固結變形，從而導致路基出現(xiàn)沉降病害。經(jīng)過一段時間的沉降固結，這種變形會很緩慢，甚至可以忽略，此時才能進行路面的施工。

2)路基養(yǎng)護期間，應注意控制行車，并在必要時采取覆蓋的措施對路基邊坡進行處治，避免因降雨而導致的路基邊坡填土松軟或流失。

4 結語

高填方路基的病害具有類型多、影響大、控制難的特點，控制好高填方路基的施工是保證高填方路基穩(wěn)定性的重要措施。在高填方路基工程中，應以數(shù)據(jù)為依據(jù)，結合具體工程條件，參照常見病害類型與成因、控制措施，提出合理的病害控制措施，保證高填方路基的穩(wěn)定性，減少道路病害。同時，需要牢固樹立責任、質量、安全觀念，綜合運用先進的技術措施和管理手段，從道路的規(guī)劃、勘察、設計、施工、監(jiān)理、運營維護及招投標等方面對公路高填方路基的修筑質量進行全過程控制，在兼顧資源節(jié)約、環(huán)境友好理念的同時，對高填路基的沉降和穩(wěn)定問題進行有效控制，最終為道路使用者提供安全、舒適、便捷的道路設施。

[1] JTG D30-2004，公路路基設計規(guī)范[S].

[2] http://news.qq.com/a/20110927/000088.htm.

[3] JTG F10-2006，公路路基施工技術規(guī)范[S].

[4] 鄧學均.路基路面工程[M].北京:人民教育出版社，2008.

[5] 孔祥興，王桂堯.高填方路基的沉降變化規(guī)律及其預測方法研究[J].公路交通技術，2006，2(12):1-4.

[6] 趙勇慧，趙智慧.高填方路堤常見病害及防治[J].改革與開放，2011(12):188.