高速公路路基沉降因素的研究

摘 要 控制路基沉降對于高速公路建設施工而言具有較高的技術難度，若存在沉降不均勻或過大等情況將對施工及運營產(chǎn)生重要影響。本文基于對路基沉降成因的初步探討，并論證了影響路基沉降因素，對于提高高速公路建設質(zhì)量具有重要意義。

關鍵詞 高速公路；路基沉降因素；軟土路基

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）19-0157-01

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，迎來了交通等基礎設施的高速建設期，特別是高速公路建設更是取得了突出成就。截至目前，我國高速公路里程已位居世界第二，但因人口龐大，地域比較遼闊，高速公路還難以滿足經(jīng)濟發(fā)展的實際需要，為此全國各地還在大力開展高速公路建設。隨著不斷增長的高速公路里程，相繼出現(xiàn)了很多問題，特別是路基問題。路基沉降及其穩(wěn)定性是衡量高速公路建設質(zhì)量的關鍵，特別是沉降問題更為明顯。若處理不當沉降問題，施工過程中比較容易發(fā)生路堤滑塌等嚴重事故，對施工工期產(chǎn)生不利影響，在公路運營過程中對其質(zhì)量產(chǎn)生一定的安全隱患，不均勻沉降容易造成路面沉陷，橋頭產(chǎn)生跳車現(xiàn)象，輕者對其使用或美觀產(chǎn)生不利影響，重者將產(chǎn)生嚴重的安全事故。

1 路基沉降成因

一直以來，地基處理方法與施工技術在高速公路建設中日益成熟，但以處理其穩(wěn)定性后，深厚軟土地基的長期變形問題還沒有得到徹底解決，主要是工后產(chǎn)生過大沉降，造成公路路面具有較差的平整度差，橋頭產(chǎn)生嚴重跳車現(xiàn)象，通常保持時間較短就需對路面進行重修，造成的經(jīng)濟損失比較嚴重。研究地基沉降對于提高高速公路建設質(zhì)量、運營及延長使用壽命都具有重要作用，高速公路竣工后，應對特殊路段地基處治引起足夠重視，而計算地基沉降是對路基處理進行判斷的主要依據(jù)。

在觀測地基沉降變形與穩(wěn)定的過程中，通常應分析沉降異常路段對路堤施工填筑進行指導，分析對地基沉降產(chǎn)生影響的因素就比較重要，對地基沉降的影響因素較多，主要有以下幾方面原因，一是因填土速度過快，對路基和填土達到臨界高度時觀測路基沉降也不夠重視，造成軟土地基與臨界狀態(tài)具有相近強度，若重視程度不夠，地基承載力不夠引起基層失穩(wěn)，發(fā)生沉陷或縱向開裂；二是沒有嚴格控制對沉降的觀測，只依靠沉降計算數(shù)據(jù)控制施工，實際沉降的相關數(shù)據(jù)沒有進行嚴格分析、預測，造成工后還具有較大沉降量與沉降速率；三是地質(zhì)資料有待于完善，不清楚影響路基穩(wěn)定地質(zhì)中存在的暗塘暗溝等結構，造成施工過程中路基產(chǎn)生較大沉降等問題；四是沒有嚴格控制路基填土壓實，造成路基施工后部分填土產(chǎn)生變形，特別是填土路基具有較大高度時，因不斷增加的塑性變形，使路面發(fā)生沉陷，對行車舒適性產(chǎn)生不利影響。

2 路基沉降計算分析

很多不良地基問題都會在高速公路建設中發(fā)生，軟土地基具有較低的承載力，較強的壓縮性，受外荷載作用影響將使變形較大。路基填石或土石混填都具有較大的自重，易產(chǎn)生較大沉降。沉降或沉降差過大對于公路平流順暢、路面平整度及路面結構穩(wěn)定性具有一定影響，根據(jù)路基沉降形成機理分為以下三部分。

2.1 軟土地基沉降變形機理

修筑于軟土區(qū)域的結構，一定會使地基發(fā)生下沉。一般認為在荷載作用下，飽和軟土路基沉降經(jīng)歷瞬時、固結、次固結三個不同階段的沉降，總沉降使上述三個階段沉降之和。其中，瞬時沉降是加載外部荷載的瞬間，孔隙水在飽和土中無法及時排出時而產(chǎn)生的沉降。固結沉降是在路基土后將荷載置于其上，荷載隨時間不發(fā)生變化而路基中孔隙水排出時產(chǎn)生的沉降。是因外荷載引起受壓力作用超孔隙水促使水排出土體，將應力增量向土體骨架轉移而產(chǎn)生的沉降，它與時間具有密切關系并在體積上產(chǎn)生變化。次固結沉降是在外荷載作用下不便條件下，地基土中超靜孔隙水壓力全部消散，土體在主固結變形后還將發(fā)生沉降變形。瞬時沉降與加載速率、方式都具有重要關系。另外，在以上變形分析中只針對法向力作用下的受形進行了考慮，尤其是分析固結與次固結變形，在實際上對因剪應力產(chǎn)生的變形有所忽略。

2.2 軟土地基工后沉降結構分析

軟土地基沉降主要分為受到消散的孔隙水壓力而引起主固結沉降與受土骨架蠕變發(fā)生的次固結沉降。軟土地基沉降計算是對施工期路堤進行預估，因地基沉降使土方量增加，以及路堤邊坡與寬度發(fā)生變化的情況；對時間與沉降量之間的關系進行推算，作為加固地基的重要依據(jù)；對沉降量進行預估，對預壓期與各層面施工時間進行合理確定。一般常用e～p曲線法與e～lgp曲線兩種方法計算沉降，國內(nèi)一般都是采用基于e～p壓縮曲線的單向分層總和法，該方法將地基分為若干薄層，對每分層壓縮量進行計算，然后疊加各分層壓縮量。對于正常固結的黏性土，國內(nèi)外有關測量資料說明采用沉降值該方法計算通常低于實測值。針對超固結黏性地基，計算值通常高于實測值。理論計算值與實測值之比在0.8～1.4之間，為使計算結果更為準確，應結合實際觀測資料進行匯總分析，結合經(jīng)驗系數(shù)修正該方法計算數(shù)值，修正系數(shù)變化可實現(xiàn)對土體非線性特性、應力歷史和側向變形影響沉降程度的反映。

3 填石路基壓實的影響因素及常見問題

在公路建設中根據(jù)實際地質(zhì)條件采用不同路基，在具有江河的區(qū)域，路基填筑一般采用的材料透水性及水穩(wěn)性都較好。石料因其工程力學特性良好，在工程建設中應用比較廣泛。土石混合料特性與其結構，材料力學性能及其相對位置具有比較密切的關系，當構成土石混合料的各因素變化時，混合料特性也將產(chǎn)生相應變化。振動壓實填石路基時，填石材料間摩擦力的消除，碾壓過程中產(chǎn)生的剪切應力和壓力對其壓實效果具有決定性作用，石料級配、填筑材料、壓實能量、碾壓速度與遍數(shù)等都是影響填石路基壓實的主要因素。此外，高速公路土石混填路基也具有值得關注的一些問題，諸如壓實機理只對部分土石路基壓實情況進行解釋，無法對工程實際進行指導。壓實度檢測方法主要在于控制土質(zhì)地基壓實情況，對土石混填路基檢測也具有一定的局限性。

4 總結

綜上所述，開展路基工后沉降的相關研究，對于提高高速公路建設質(zhì)量、運營及延長使用壽命都具有非常重要的作用。為使高速公路竣工后保證路面施工質(zhì)量，應加強處置特殊路段地基，路基處理需要結合地基沉降程度進行確定。上述針對路基沉降及其影響的分析，表明對填石路基壓實具有很多的影響因素，因此對影響填石路基壓實的這些因素的深入研究，對于其在高速公路建設中應用具有重要意義。

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作者簡介

李東華（1976-），男，本科，研究方向：道路、橋梁、路基、路面施工，項目管理。endprint