山區(qū)高填路基差異沉降標準和控制技術(shù)探究

陳思先 （北京市工程咨詢公司，北京 100031）

在過去的幾十年中，我國山區(qū)公路高填方工程建設(shè)不斷創(chuàng)新發(fā)展，但在施工過程中，山區(qū)高填路基仍存在差異化，不穩(wěn)定化甚至沉降問題會造成人在駕駛過程中的舒適性大幅度下降，并容易引發(fā)交通事故。所以，文章將根據(jù)山區(qū)高填方路基問題的原因，簡要討論山區(qū)高填方路基差異沉降控制技術(shù)和控制標準。

1 差異沉降影響因素分析

1.1 施工和設(shè)計過程

在為路堤設(shè)計高填方路堤時，必須對路堤進行穩(wěn)定性檢查和沉降計算。如果驗證和計算所需的地質(zhì)條件和巖土試驗數(shù)據(jù)不能真實反映施工情況，則會造成不合理的設(shè)計，導(dǎo)致路基病害。

在高填方路基施工過程中，應(yīng)按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015）要求的厚度進行分層充填。如果層厚任意增加，壓實設(shè)備按規(guī)定的碾壓次數(shù)進行工作時，壓實度不滿足規(guī)格要求，當填充到路基設(shè)計標高時，累積沉降變形不可避免地發(fā)生。在反復(fù)荷載作用下，它會產(chǎn)生沉降。施工過程中，如果出現(xiàn)現(xiàn)場人員的責(zé)任感不強、技術(shù)管理不夠、施工現(xiàn)場混亂等現(xiàn)象會造成工程質(zhì)量降低，施工過程中存在隱患，甚至造成重大質(zhì)量事故，危及路基穩(wěn)定性[1]。

①充填順序不當：高填方路堤不按施工規(guī)范的要求將堤岸的全部范圍內(nèi)填滿，填充厚度不合規(guī)等。②壓實不足：高填充的路基應(yīng)配備標準的壓實設(shè)備，按正確的操作規(guī)范和要求壓實，確保壓實度符合施工規(guī)范要求。③填方與開挖交匯處缺少臺階，或臺階的不標準化，都會造成結(jié)合處沉降不均勻，或者是由于原來的地面和填料結(jié)構(gòu)不同，密度和承載力不同。如果在填充物處的軟土、腐殖質(zhì)等未清除或充填方法不正確，壓實不足，將會在交接處出現(xiàn)沉降病害。④半剛性填充和剛性結(jié)構(gòu)連接之間的強度和穩(wěn)定性有很大的不同，充填的壓實性不夠的是形成橋臺臺后或溝槽后支臺下沉的主要因素。⑤施工過程中未注意排水。在雨天，路基積水較多，不能自行排放，使填充物軟化，強度降低。⑥施工機械和軋制技術(shù)的問題[2]。

1.2 地基壓縮模量

山區(qū)高速公路地勢復(fù)雜，地基壓縮模量變化較大，路基沉降量會隨著局部基礎(chǔ)壓縮模量的變化而不斷變化。差異化沉降與土壤壓縮模量反向發(fā)生變化，當基于土壤的壓縮模量降低到一定范圍時，路基的最大差異沉降將顯著增加。土壤基體強度的增加速率與沉降速率的降低不成正比，相反具有減速作用。換句話說，強度變化相同幅度時，土壤基礎(chǔ)越弱，沉降量的減少反而明顯。在此基礎(chǔ)上，可以通過提高地基抗壓模量來減少路基沉降，這也暗示軟弱地基在施工過程中的重要性。

1.3 土質(zhì)類型

在山區(qū)中，地勢復(fù)雜，土壤質(zhì)量不同，土壤的韌性也不同，這都會影響路基的回彈模量。然而，路基沉降會隨著路堤彈性模量的變化而反向變化。路基回彈模量小，路堤沉降量大；相反，路基彈性模量較大，路基沉降差較小。如圖1所示為地基中軟土層導(dǎo)致路基不均勻沉降。

2 高填路基差異沉降標準

2.1 根據(jù)路面結(jié)構(gòu)性要求確定差異沉降控制標準

基層的拉應(yīng)力是進行路面結(jié)構(gòu)分析時主要考慮的因素。因此，根據(jù)路面結(jié)構(gòu)要求確定差動沉降的控制標準，也應(yīng)主要考慮基層的拉應(yīng)力。高填充路基差發(fā)生差異性沉降是一個長期的、連續(xù)的過程，路面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力也隨著差異沉降的變化而不斷變化。與此同時，路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命也會受到交通荷載的反復(fù)作用的影響。

圖1 地基中軟土層導(dǎo)致路基不均勻沉降

2.2 根據(jù)路面功能性要求確定差異沉降控制標準

國內(nèi)高等級公路施工后施工差異化沉降指標一般考慮了高等級公路在縱坡、橫坡、平整度等方面的功能要求。

①縱坡：應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范標準的縱向坡度要求進行縱坡設(shè)計。當設(shè)計速度為120km/h時，最大縱向坡度為3%。

②橫坡：設(shè)計路面橫向坡度的目的是為了及時排水，從而保證行車安全。對于新建的公路，路基橫截面方向上土層的性質(zhì)一般不會發(fā)生變化。因此，可以認為路基自重是造成路基不均勻沉降的主要原因。通過這種方式，路基中心的沉降將大于路基邊緣的沉降，而不均勻沉降將會是盆狀的。因此，在設(shè)計軟土地基的路拱坡度時，應(yīng)盡可能多地采用最大值，即將路拱橫坡的高限制在2%之內(nèi)。沉降穩(wěn)定后，要求的橫坡仍符合標準。山區(qū)高速公路，地形比較均勻，變化的性質(zhì)在橫截面方向上不大，路基沉降是盆形的。

③平整度：在一般的道路工程中，車速對于平整度的要求較低。然而，對于高等級公路來說，駕駛速度較快，只要高速公路和道路存在不平坦，便會導(dǎo)致車輛行駛顛簸，從而減少駕駛的舒適性。同時，駕駛員的安全感得不到保證，迫使司機減速，使其無法達到快速的目標。各個國家對于高等級公路的平整性要求較高，但標準不統(tǒng)一。20世紀80年代，中國才開始修建高等級公路，相關(guān)的技術(shù)標準并還沒有得到及時的補充和完善。在相關(guān)規(guī)范中，沒有規(guī)定使用3m的直尺用于高速公路和一級公路，因此，可以參考機場路面的相關(guān)規(guī)定。路面的平整度應(yīng)在除變坡處的任何方向和位置上用3m尺子進行檢查：新的路面、標尺和表面間隙≤3mm；使用過的路面、標尺和表面凈空應(yīng)≤10mm，不應(yīng)該有積水?？紤]到“平戰(zhàn)”的結(jié)合，世界上許多國家可以直接在高等級公路上進行飛機的起飛和降落。因此，高等級公路的平整度要求參照機場跑道。在使用路面時，平坦度允許變化率見式（1）。

然而，路況的不平整性是影響汽車駕駛舒適性的主要因素，即垂直部分的平整度。對水平半充填和開挖斷面的研究發(fā)現(xiàn)，大部分水平半充填半挖斷面的縱向方向呈逐漸傾斜的直線，與汽車的方向基本一致。因此，并不大需要考慮這些路面的平整度。而對于山區(qū)的高填筑路段，如果路面不平整，將成為影響交通舒適性的重要因素，對平整度要求更高。

3 差異沉降控制技術(shù)

3.1 基底的選擇與控制

在山區(qū)選擇高填路基設(shè)計路線時，設(shè)計師通過深入細致的勘察和檢查，以選定設(shè)計路基位置為圓心，這樣高填筑的路堤可以有效避免較發(fā)達的自然水系統(tǒng)和軟土地基。如果路基土相對較軟，則需加固和維護，以確保地基強度滿足規(guī)范要求，然后建造高填充的道路地基。如果在高填筑的道路基礎(chǔ)上有相對豐富的地下水系統(tǒng)，地下水應(yīng)被充分排放或分流，以保持土壤質(zhì)量的干燥程度和硬度。此外，高填方路基的施工優(yōu)選以材質(zhì)輕、硬度高、承載力相對較高、壓力和重力相對較小為特點的EPS材料，能降低山區(qū)高填路基發(fā)生變形或沉降的概率。

3.2 交界處路基處理

由于大多數(shù)山區(qū)地形都比較陡峭，所以，在修建高填路基時，必然會出現(xiàn)一些斜坡。但由于在邊坡進行充填和碾壓的難度較大，高填方路基壓實效果并不理想，導(dǎo)致路基變形或沉降。為防止變形或沉降的發(fā)生，實現(xiàn)對山區(qū)高填路基的差異沉降的有效控制。在建造過程中，可以在斜坡上設(shè)置網(wǎng)格狀的柵格，或者在斜坡下面挖一些基層臺階加以鞏固，或者在斜坡的兩側(cè)建設(shè)圍擋，從而有效地保證了路基的穩(wěn)定性。

3.3 高填路基的壓實工藝

可以通過標準化建設(shè)，有效減少山區(qū)高填路基的差異化和沉降化，特別是加強路基的壓實。①必須要選擇一個好的填充材料，并將其分層壓實；②必須增加壓路機工作量，提高壓實效果，嚴格控制初始壓力，再壓縮，最終在壓力壓實過程，使用先快速壓實后減慢壓實的手段，可以最終實現(xiàn)密實度符合標準規(guī)范的要求和外表無明顯壓痕?？筛叨葮藴驶厥┕?，避免高填方路基發(fā)生變形或沉降。

4 結(jié)束語

綜上所述，為了減少因高填地基沉降差異造成路面沉降問題的發(fā)生概率，以將山區(qū)的損失減小到最低限度，應(yīng)合理考慮人體的敏感性、車輛性能以及國際平整度指數(shù)，并盡快制定科學(xué)合理的山區(qū)高填路基差異沉降標準。針對沉降標準及實際情況，合理分析在土建工程中應(yīng)進行的質(zhì)量控制工作。