高填方路基不均勻沉降的機(jī)理分析及防治措施

王滿瓊 （太湖縣農(nóng)村公路管理局，安徽 安慶 246000）

1 工程概況

某縣鄉(xiāng)公路，地形地貌為跨越崇山峻嶺，設(shè)計(jì)路線線位高，有的高填方達(dá)8m～10m，填挖交錯(cuò)，且不規(guī)則，其中不少為三面環(huán)山的斷面。

2 沉降機(jī)理分析

由于影響高填方路基的沉降因素眾多，需進(jìn)行綜合分析，才能得出合乎實(shí)際結(jié)論。高路基沉降有兩方面：一是地基本身的沉降，地基承載力有限的，在填土路基初期沉降類似彈性變化形式，由于上面重力的持續(xù)作用，其承載力進(jìn)入強(qiáng)化階段，高填方路基的自重對(duì)下面土體結(jié)構(gòu)造成破壞，其土顆粒在外力作用下重新排列組合；二是填土自身的壓縮變形，使的土顆粒間結(jié)構(gòu)體位發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生沉降。

2.1 土的壓縮性

根據(jù)土力學(xué)理論可得，路基的沉降取決于土的壓縮性，由壓縮系數(shù)表示。壓縮性和土的孔隙率及土壓力有關(guān)，土顆粒粒徑和含水率決定了孔隙率的大小，土壓力則取決于土的容重、填土高度，因此分析可知路基總沉降量與土的土質(zhì)、填土高度以及土體壓實(shí)程度有關(guān)。一般來說，填料粒徑大，土質(zhì)含水量高，壓實(shí)度差，路基總沉降量就大;隨著路基總高度的增加，路基的自然沉降量亦會(huì)變大。不同土質(zhì)的沉降穩(wěn)定期亦不相同，而土體的壓縮表現(xiàn)為土的孔隙比減小，由土體中孔隙水排出速度決定，因此填料的透水性對(duì)土體的壓縮有很大影響。

2.2 路基壓實(shí)對(duì)其強(qiáng)度和沉降的影響

在高填方路基段，隨著地基深度的增加，活荷載對(duì)地基的壓縮影響逐漸減小，然而恒荷載對(duì)地基的影響越來越大，因此施工時(shí)額外注意土體自重對(duì)地基的影響，提高土體的承載力，壓實(shí)度根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)要有適當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>

2.3 高填方路基剪切強(qiáng)度

土力學(xué)可知：f＝c+tanα，f為土體剪切強(qiáng)度，c為土顆粒間的凝聚力，α為土顆粒間的內(nèi)摩擦角。

粘性土顆粒間的內(nèi)摩擦角很小，剪切強(qiáng)度主要靠凝聚力，而砂土的凝聚力很小，主要靠?jī)?nèi)摩擦角來支撐。粘性土的凝聚力主要由原始粘聚力和固化粘聚力兩方面組成:

①原始粘聚力,由土粒間水膜與相鄰?fù)亮Ｖg的分子引力所形成的粘聚力，隨著土壓實(shí)程度的提高而增大；

②固化粘聚力，由土中化合物膠結(jié)作用而形成的粘聚力，與土的壓實(shí)度有關(guān)，研究表明:當(dāng)士在最佳含水量下壓實(shí)到最大干密度時(shí)，土體的抗剪強(qiáng)度最大。

2.4 路基壓實(shí)與沉降量關(guān)系

路基壓實(shí)的不足直接影響路基的強(qiáng)度與變形能力，極容易造成縱向裂縫和沉陷。土的壓實(shí)度與土的含水量和干密度等有內(nèi)在聯(lián)系。經(jīng)過試驗(yàn)可知，含水量小時(shí)，干密度小;隨含水量增大，干密度逐漸增大，當(dāng)含水量為最佳含水量時(shí)，干密度達(dá)到最大值;其后含水量再增大，干密度又減小。

壓實(shí)功是影響壓實(shí)效果的一個(gè)重要指標(biāo)，指壓實(shí)機(jī)具質(zhì)量、碾壓次數(shù)或垂落高度、作用時(shí)間等對(duì)壓實(shí)效果的影響。壓實(shí)功越大，土的最大干密度越大，最佳含水量越小。

路基完工后，壓力隨著時(shí)間的作用，慢慢擠出土體中的水分，土體逐漸壓縮導(dǎo)致路基產(chǎn)生沉降；路基施工時(shí)雖達(dá)到了壓實(shí)要求的最佳含水量，但壓實(shí)功不夠，當(dāng)上覆壓力大于施工時(shí)的壓力而使土體變形，路基結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生沉降。

因此，施工中可以增加壓實(shí)功，以提高路基強(qiáng)度或降低最佳含水量。但是，增加壓實(shí)功提高土基強(qiáng)度的措施有限度，達(dá)到一定限度后，效果反而不明顯，而且不經(jīng)濟(jì)，不僅會(huì)破壞土基結(jié)構(gòu)，而且使得相應(yīng)含水量減小導(dǎo)致土的水穩(wěn)定性變差，故施工時(shí)不能盲目的增加壓實(shí)功來提高土的穩(wěn)定性，實(shí)際中，控制土的最佳含水量要比增加壓實(shí)功的效率高。

3 防治措施

3.1 填挖交界處壓實(shí)盲區(qū)處理

路基沉降量大，壓實(shí)不到位是首要主因。通過從機(jī)械設(shè)備和壓實(shí)工藝著手，在施工現(xiàn)場(chǎng)不斷試驗(yàn)、比較、改進(jìn)，使得填挖交界處沉降量大的質(zhì)量缺陷得到有效改觀。

3.1.1 壓實(shí)設(shè)備選擇

山區(qū)填方以土石混合料為主要填料，采用振動(dòng)壓路機(jī)和沖碾式機(jī)械進(jìn)行強(qiáng)夯，但受地形限制、施工斷面小，填挖交錯(cuò)，壓實(shí)效果差。通過對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)不斷試驗(yàn)改進(jìn)，分別采用了沖碾式、落錘式、液壓式強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備，通過逐個(gè)比較，交叉組合，最終選用液壓式和落錘式強(qiáng)夯組合，有效提高路基的承載力及壓縮模量，形成比較均勻的、密實(shí)的路基。

3.1.2 增加強(qiáng)夯斷面

填挖交界處路基采用強(qiáng)夯，原設(shè)計(jì)在路床底進(jìn)行一次強(qiáng)夯，通過同質(zhì)監(jiān)、業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位共同研討，增加每8m強(qiáng)夯一遍。

3.1.3 壓實(shí)方法改進(jìn)

因山區(qū)路基施工碾壓斷面小，采用常規(guī)的順路基向施工，存在臺(tái)階根部壓實(shí)不到位、壓實(shí)不充分的現(xiàn)象。采用環(huán)形壓實(shí)方法，再結(jié)合液壓式碾壓設(shè)備，有效的避免了端面壓實(shí)不到位現(xiàn)象。

3.2 合理開挖山體臺(tái)階

常規(guī)開挖方式以爆破或機(jī)械破碎錘施工為主。爆破施工過程中振動(dòng)劇烈，對(duì)山體擾動(dòng)大，易造成臺(tái)階內(nèi)傾角和臺(tái)階尺寸不規(guī)則，對(duì)臺(tái)階結(jié)構(gòu)破壞性較強(qiáng)。破碎錘對(duì)硬質(zhì)紅砂巖鑿除效果差，進(jìn)度緩慢，臺(tái)階尺寸難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

改進(jìn)的靜態(tài)爆破方式，靜態(tài)爆破可根據(jù)需要爆破效果，按照現(xiàn)場(chǎng)巖石臨界面，通過在巖石上精確的放樣、布孔，可以較精確的控制臺(tái)階的內(nèi)傾角及具體尺寸，增大路基與山體的摩擦力和具體搭接寬度，對(duì)山體擾動(dòng)小，臺(tái)階結(jié)構(gòu)完整性強(qiáng)。

3.3 埋設(shè)小導(dǎo)管，反挖處理

施工中均未發(fā)現(xiàn)泉眼，經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)在山區(qū)，因雨水充沛且集中在4-8月份，山體有很多微裂縫，平時(shí)無滲水，在山體飽水的情況下，會(huì)沿裂縫滲流，如果全部采用碎石盲溝成本增加過大。

通過對(duì)已完成的路基進(jìn)行開挖調(diào)查，發(fā)現(xiàn)部分山體在填挖交界處存在積水，影響路基的施工質(zhì)量。

采取在填挖交界處設(shè)置帶孔洞的小導(dǎo)管，周圍有碎石包裹，在降雨后對(duì)小導(dǎo)管進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)有滲水情況的路基進(jìn)行處理，增設(shè)碎石盲溝，將水排出路基，有效控制造價(jià)同時(shí)，確保了路基質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合本次工程實(shí)踐，分析了地基不均與沉降的機(jī)理，采取了一些創(chuàng)新防治措施，有效減小了路基沉降量，避免了高速跳車、路基裂縫、路面積水等現(xiàn)象的發(fā)生，增加了行車的舒適度，有效的降低了事故的發(fā)生。同時(shí)路面裂縫減少，也節(jié)約了后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)的成本，為公路建設(shè)質(zhì)量控制提供了一條新的方向。

總之，對(duì)于高填方路基不均勻沉降病害，要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)科學(xué)研究，查明產(chǎn)生的具體原因。同時(shí)要嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)計(jì)與施工，采取行之有效的預(yù)防和治理措施，從根本上降低高填方路基不均勻沉降的發(fā)生和發(fā)展，從而有效增強(qiáng)高速公路的使用功能，延長(zhǎng)其有效使用時(shí)間和提高其使用效率。