高填方路基沉降變形影響因素分析

楊鈺鑫

山西交通控股集團(tuán)有限公司晉城高速公路分公司 山西晉城 048000

路基工程是道路工程建設(shè)的基礎(chǔ)，保證路基工程施工質(zhì)量與可靠性，直接關(guān)系到道路使用的壽命及安全性，也關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的穩(wěn)定性。沉降變形是高填方路基工程中的常見(jiàn)病害，對(duì)此類道路工程影響較大，是施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)。結(jié)合高填方路基工程沉降變形病害的特征，分析導(dǎo)致沉降變形發(fā)生的影響因素，并針對(duì)性采取措施加以防控，具有很大必要性。

1 高填方路基沉降變形的危害

1.1 影響工程進(jìn)度及效益

高填方路基在施工中或施工后短時(shí)間內(nèi)發(fā)生沉降變形，將會(huì)對(duì)道路工程的施工進(jìn)度及工程效益造成直接影響。路基工程是道路工程施工的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，施工中發(fā)生路基沉降變形，需要及時(shí)處理，待有效控制后，才能進(jìn)行后續(xù)施工，這就會(huì)對(duì)工期產(chǎn)生一定影響。高填方路基施工完成后，后續(xù)工程施工已經(jīng)開(kāi)始，如短時(shí)間內(nèi)發(fā)生沉降變形，將可能導(dǎo)致后續(xù)施工項(xiàng)目質(zhì)量受到影響，乃至造成返工，增加整體成本，還可能延誤工期，影響整體效益[1]。

1.2 影響公路使用壽命

道路工程投入使用后，出現(xiàn)高填方路基沉降變形問(wèn)題，將直接導(dǎo)致路面變形，變形嚴(yán)重情況下，可能造成路面損壞、斷裂。公路交通運(yùn)量大，車輛日常運(yùn)行會(huì)對(duì)路面造成磨損，而路面變形、裂隙、損壞等問(wèn)題的出現(xiàn)，還會(huì)加劇車輛對(duì)路面的損耗，造成路面老化速度加快，使用周期縮短，進(jìn)而影響公路工程的整體使用壽命，并增加公路工程建設(shè)、維修、養(yǎng)護(hù)的成本，制約其社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮水平。

1.3 增加交通安全隱患

高填方路基的沉降變形，還將很大程度上增加交通安全隱患。路基沉降導(dǎo)致的路面變形，如塌陷、損壞等，容易造成高速行駛的車輛失控，尤其是彎道路段，更容易增加交通安全事故的發(fā)生率，給車輛駕駛?cè)藛T，及公路附近居民的人身財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。一旦發(fā)生交通安全事故，不僅給當(dāng)事人家庭的安全和生活帶來(lái)危害，還將產(chǎn)生不良的社會(huì)影響[2]。

2 高填方路基沉降變形的主要影響因素

2.1 地下水動(dòng)態(tài)變化的不利影響

地下水動(dòng)態(tài)變化的影響是導(dǎo)致高填方路基沉降變形的一個(gè)重要原因。高填方路基本身施工區(qū)域地層含水較多，多位于水稻田或常年積水地帶，易受地下水影響，出現(xiàn)沉降變形。同時(shí)，地下水環(huán)境、自然降雨、地表水滲入等也可能導(dǎo)致路基土體中的地下水含量發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，造成土體容重改變，路基荷載能力變化，達(dá)到一定程度后也會(huì)造成沉降變形。另外，地下水的長(zhǎng)期作用下，可能造成土地軟化，形成軟土地基，或產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，使地基結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而導(dǎo)致沉降變形。地下水對(duì)路基土體不同區(qū)域的影響往往并不均衡，引發(fā)不均勻沉降[3]。

2.2 路基工程設(shè)計(jì)上存在缺陷

工程設(shè)計(jì)對(duì)工程施工的影響是不容忽視的，如設(shè)計(jì)不合理、不完善也將導(dǎo)致工程病害的出現(xiàn)。高填方路基工程前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，如沒(méi)有充分考慮高填方路基的復(fù)雜特性，按照一般路基進(jìn)行設(shè)計(jì)，很容易導(dǎo)致路基設(shè)計(jì)方案與實(shí)際條件不符，不能保證高填方路基的整體穩(wěn)定性，增加沉降發(fā)生幾率。同時(shí)，如在路線選擇，以及路基防護(hù)加固措施的設(shè)計(jì)上不夠完善，也會(huì)影響路基工程的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)得不到有效加固，更容易導(dǎo)致沉降變形問(wèn)題。此外，工程設(shè)計(jì)方案未嚴(yán)格進(jìn)行會(huì)審把關(guān)，或?qū)υO(shè)計(jì)問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)予以解決和優(yōu)化，也將給路基工程沉降變形病害發(fā)生埋下隱患。

2.3 施工前未妥善處理原有基礎(chǔ)

高填方路基地質(zhì)條件復(fù)雜，原有基礎(chǔ)條件對(duì)新建路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響也是不容忽視的。很多高填方路基的原有基礎(chǔ)為承載能力較弱的軟土基礎(chǔ)，如不經(jīng)過(guò)有效處理，直接在其上進(jìn)行高填方施工作業(yè)，建設(shè)路基，將很容易在施工后發(fā)生不均勻沉降。同時(shí)，在自然條件影響下，原有基礎(chǔ)土體表面或土體中可能存在大量的雜草、樹(shù)根等雜質(zhì)，如在壓實(shí)前沒(méi)有進(jìn)行徹底清理，或換土處理，也會(huì)對(duì)路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成較大影響，出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降，導(dǎo)致上層路基結(jié)構(gòu)及路面發(fā)生變形。

2.4 路基填料質(zhì)量規(guī)格不達(dá)標(biāo)

高填方路基施工要使用大量的填料，填料的質(zhì)量與規(guī)格對(duì)于路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有較大的影響。作為填料的土料、石料應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范，并符合工程實(shí)際施工條件需要來(lái)進(jìn)行選擇，如填料質(zhì)量不合格，土料中被混入種植土、沼澤土、腐殖土等不適宜作為路基填方使用的劣質(zhì)土壤，將難以保證填料承壓能力、強(qiáng)度和抗性。如填料規(guī)格不達(dá)標(biāo)，土料未充分打碎，或含有大量?jī)鐾翂K，石料的粒徑、規(guī)格差異較大，性質(zhì)不均勻，會(huì)造成路基結(jié)構(gòu)中孔隙過(guò)大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，且容易受強(qiáng)降雨和地下水侵蝕影響，導(dǎo)致沉降變形問(wèn)題發(fā)生。

2.5 填筑碾壓操作不符合規(guī)范

路基填筑施工中應(yīng)遵循施工規(guī)范實(shí)施操作，填筑及碾壓施工要逐層逐段進(jìn)行，施工順序也要結(jié)合實(shí)際施工條件合理安排。在填筑施工中，如未按照規(guī)定嚴(yán)格把握施工順序，控制各層填筑高度和碾壓遍數(shù)與時(shí)間，就可能造成因部分區(qū)域填筑過(guò)厚，無(wú)法達(dá)到充分壓實(shí)的效果，或因碾壓作業(yè)不到位，碾壓時(shí)間和遍數(shù)不足，碾壓設(shè)備選用不當(dāng)?shù)纫蛩兀瑢?dǎo)致壓實(shí)效果不理想，路基整體穩(wěn)定性下降。填筑碾壓不規(guī)范，在施工后易出現(xiàn)部分區(qū)域甚至整段路基的沉降變形。

2.6 養(yǎng)護(hù)工作落實(shí)不足

路基施工后其的養(yǎng)護(hù)工作也是非常重要的，良好的養(yǎng)護(hù)能夠減少路基沉降變形的發(fā)生幾率。高填方路基道路工程建設(shè)完工后，要面臨嚴(yán)峻的使用條件，及時(shí)有效的養(yǎng)護(hù)是必不可少的。如在后期沒(méi)有及時(shí)做好檢查，路基防、排水結(jié)構(gòu)、設(shè)施因缺乏養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致?lián)p壞、堵塞，就可能造成排水不暢，造成水體侵蝕路基土體，增加沉降變形病害發(fā)生可能。同時(shí)，邏輯邊坡往往容易受到風(fēng)力、水體的侵蝕，如缺少及時(shí)必要的養(yǎng)護(hù)，將導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，造成沉降變形。此外，部分路段已出現(xiàn)沉降變形問(wèn)題后，如不及時(shí)養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)，還將導(dǎo)致沉降變形及路面損壞等情況的發(fā)展加劇，最終給道路使用和交通安全埋下隱患。

3 高填方路基沉降變形問(wèn)題的防控方法

3.1 做好地下水變化勘察及防排水設(shè)計(jì)

針對(duì)地下水動(dòng)態(tài)變化的不利影響，在施工前，就要認(rèn)真做好地下水環(huán)境及變化情況的勘察，充分了解施工區(qū)域的地下水變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)預(yù)測(cè)分析地下水對(duì)高填土路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及沉降變形情況的影響，針對(duì)性進(jìn)行路基防、排水方案設(shè)計(jì)。在防、排水設(shè)計(jì)上，要進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，結(jié)合區(qū)域氣候水文條件，確定路基工程的防、排水需求。防、排水結(jié)構(gòu)與設(shè)施要合理布置建設(shè)，確保路基土體過(guò)量水分能夠及時(shí)排除，并要有效防控周邊區(qū)域地表、地下水的嚴(yán)重侵蝕危害，保持土體含水量合理且整體穩(wěn)定，將地下水動(dòng)態(tài)變化幅度控制在合理范圍內(nèi)，減少路基沉降變形的發(fā)生。

3.2 加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)把控及施工方案優(yōu)化

針對(duì)工程設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致高填土路基沉降變形的問(wèn)題，要在施工前加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)把控。設(shè)計(jì)部門要結(jié)合地質(zhì)勘察及工程資料，準(zhǔn)確掌握高填土路基工程的基礎(chǔ)條件，以及施工要求，充分考慮高填土路基的復(fù)雜性，以及可能影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中要對(duì)路基承載力、壓實(shí)度等參數(shù)做出明確規(guī)定，工程路線選擇上，應(yīng)在允許條件下，規(guī)避地質(zhì)條件嚴(yán)重不良的區(qū)域，根據(jù)路基特點(diǎn)，完善防護(hù)加固結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證基礎(chǔ)穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)方案提出后，還要及時(shí)組織多方會(huì)審，嚴(yán)格落實(shí)由各方專家共同參與的設(shè)計(jì)方案審查工作，以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，做出優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)完善性，減少設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的路基沉降變形問(wèn)題。

3.3 做好施工路段原有基礎(chǔ)分析和處理

針對(duì)原有基礎(chǔ)處理不當(dāng)導(dǎo)致的路基沉降變形問(wèn)題，要在施工前，做好施工路段原有基礎(chǔ)的分析和處理。高填方路基施工中，一部分路段原有基礎(chǔ)條件復(fù)雜，土質(zhì)不良，應(yīng)通過(guò)勘查確定原有基礎(chǔ)的土體構(gòu)成、含水情況、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，針對(duì)不同基礎(chǔ)條件進(jìn)行處理。如針對(duì)含有大量不良土質(zhì)的軟土地基，可在施工前采取換土復(fù)填措施，即將原有不良土質(zhì)清除，更換為承載力更好、強(qiáng)度更高的優(yōu)質(zhì)土壤，在進(jìn)行壓實(shí)處理。針對(duì)含水量過(guò)大的情況，則要嚴(yán)格做好降水處理，確保原基礎(chǔ)土體含水量達(dá)標(biāo)，且土質(zhì)滿足施工要求，再進(jìn)行后續(xù)路基施工。對(duì)于原有基礎(chǔ)土體內(nèi)部或表面雜草、樹(shù)根等雜質(zhì)較多的情況，則要嚴(yán)格徹底地進(jìn)行清理，確保雜質(zhì)清楚后，再進(jìn)行路基施工，以避免原有基礎(chǔ)對(duì)新建路基工程產(chǎn)生影響，防止路基沉降變形。

3.4 嚴(yán)格把控路基填料的質(zhì)量與規(guī)格

針對(duì)路基填料質(zhì)量規(guī)格不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的沉降變形問(wèn)題，要嚴(yán)格做好路基填料質(zhì)量規(guī)格的把控工作。在路基填料選擇時(shí)，要充分考慮施工規(guī)范和工程要求，選擇優(yōu)質(zhì)填料。在填筑施工前，對(duì)填料進(jìn)行檢查，避免使用混有腐殖土、種植土、沼澤土等劣質(zhì)土壤的填料，一旦發(fā)現(xiàn)混有劣質(zhì)土壤，應(yīng)及時(shí)更換填土，并對(duì)已填筑使用的劣質(zhì)土進(jìn)行清理。對(duì)于含有過(guò)多較大土塊的填土，則要經(jīng)過(guò)粉碎處理，達(dá)標(biāo)后再使用。石料選擇上要保證粒徑規(guī)格一致，整體質(zhì)地均勻，以確保填料填筑后孔隙合理，路基整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能保證防、排水能力，減少沉降變形的發(fā)生。

3.5 加強(qiáng)施工管理確保填筑作業(yè)規(guī)范性

針對(duì)路基填筑碾壓操作不規(guī)范導(dǎo)致的沉降變形問(wèn)題，要通過(guò)加強(qiáng)施工管理，來(lái)確保填筑碾壓作業(yè)規(guī)范性，保證施工質(zhì)量。在填筑作業(yè)過(guò)程中，要嚴(yán)格按照逐層逐段施工規(guī)范進(jìn)行，分層填筑時(shí)，保證同層同料，不同水平層填料要嚴(yán)格分開(kāi)，禁止將不同填料隨意混合填筑。施工中，一層填料填筑完成后，及時(shí)進(jìn)行充分壓實(shí)，確保壓實(shí)度達(dá)標(biāo)后，再進(jìn)行后續(xù)施工。為保證碾壓效果，要嚴(yán)格控制好填筑層厚，避免厚度過(guò)大，達(dá)不到理想壓實(shí)度。碾壓機(jī)械設(shè)備要根據(jù)填料特性合理選擇，以細(xì)粒土為填料時(shí)，宜采用重型輪胎壓路機(jī)，細(xì)粒土、砂類土、礫石土填料，宜采用重型鋼輪壓路機(jī)，砂類土、礫石土、巨粒土填料，宜采用振動(dòng)壓路機(jī)，預(yù)壓整平宜采用輕型鋼輪壓路機(jī)。壓實(shí)后，要對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，如不達(dá)標(biāo)還需重復(fù)碾壓。

3.6 落實(shí)好路基施工后的維修養(yǎng)護(hù)工作

針對(duì)養(yǎng)護(hù)不到位導(dǎo)致的沉降變形問(wèn)題，應(yīng)確保落實(shí)好路基施工后的維修養(yǎng)護(hù)工作。在道路工程長(zhǎng)期使用中，要定期做好養(yǎng)護(hù)檢查，通過(guò)檢查確定路基防、排水結(jié)構(gòu)、設(shè)施是否存在損壞、堵塞等問(wèn)題，及時(shí)修補(bǔ)或更換損壞結(jié)構(gòu)物、管道、部件，清理堵塞物，保持防水性能良好，排水暢通。檢查邊坡受侵蝕情況，對(duì)風(fēng)蝕、水蝕嚴(yán)重的部分，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)做好修復(fù)，或進(jìn)行加固，保證邊坡穩(wěn)定。對(duì)已出現(xiàn)沉降變形或損壞的路面、路基部分，要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)處理，以防病害發(fā)展，避免路基失穩(wěn)引發(fā)安全事故。

3.7 做好高填方路基沉降變形的技術(shù)處理

高填方路基的沉降變形問(wèn)題要通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行治理。對(duì)于沉降程度高、危害面積大的情況，可采取灌漿法進(jìn)行處理。處理時(shí)先對(duì)沉降區(qū)域路基進(jìn)行鉆孔，將調(diào)制好的漿液均勻灌注到地基內(nèi)部，使?jié){液進(jìn)入填料空隙內(nèi)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)與路基原有結(jié)構(gòu)形成強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的整體結(jié)構(gòu)，達(dá)到加固路基和控制沉降的目的。對(duì)軟土地基沉降變形的治理可采用粉噴樁加固技術(shù)。使用專業(yè)機(jī)械設(shè)備，向地基土體中噴射分體固化劑，并與軟土攪拌，在物化反應(yīng)下，形成穩(wěn)固的樁體結(jié)構(gòu)，分布在路基土體中，增強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度與荷載能力，以有效控制地基沉降變形。

4 結(jié)語(yǔ)

交通運(yùn)輸是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，道路工程建設(shè)是交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。我國(guó)在道路交通工程建設(shè)上始終保持高度重視，保證道路交通工程建設(shè)質(zhì)量，更是重中之重。加強(qiáng)高填方路基的沉降變形控制，不僅能夠提升復(fù)雜路段道路工程建設(shè)質(zhì)量，也有助于保證百姓交通使用的安全，促進(jìn)道路工程經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的實(shí)現(xiàn)。在未來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，還將有更多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在高填方路基沉降變形及其他病害防控上，進(jìn)一步提高我國(guó)道路工程建設(shè)質(zhì)量與水平，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供良好的交通設(shè)施基礎(chǔ)保障。