高速公路路基沉降影響因素及應(yīng)對(duì)措施

劉英

（邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司，河北邢臺(tái) 054000）

0 引言

高速公路工程施工中，路基沉降是普遍存在的問(wèn)題。導(dǎo)致路基沉降病害有多方面的因素，諸如地質(zhì)環(huán)境、路堤填筑過(guò)高、地形地勢(shì)狀態(tài)起伏等[1]。本文以某高速公路為例，對(duì)引起路基沉降的因素進(jìn)行分析，并進(jìn)一步探討解決路基沉降問(wèn)題的措施。

1 工程概況

某高速公路全長(zhǎng)198.016km，其主線與附近城市外環(huán)線的高速公路連接，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速為120km/h，路基寬度為26m，路面材料為瀝青混凝土。

2 高速公路路基沉降的影響因素

該段公路在建設(shè)完工不久便出現(xiàn)路面沉降問(wèn)題，分析其原因主要是地基土性質(zhì)、路堤填料問(wèn)題、自然因素的影響以及路堤填筑高度缺乏合理性導(dǎo)致的。

2.1 地基土性質(zhì)導(dǎo)致的路基沉降問(wèn)題

如果施工中產(chǎn)生路基沉降問(wèn)題，首先需要考慮地基變形模量。當(dāng)路堤高度等于路堤填料時(shí)，地基的沉降量會(huì)增大，其中地基土的性質(zhì)起到了決定性作用，也是影響地基變形模量的關(guān)鍵因素，是導(dǎo)致路基沉降的主要原因。地基變形模量被控制在15MPa范圍內(nèi)，地基變形模量發(fā)生變化，沉降量也隨之發(fā)生變化。地基變形模量降低的幅度達(dá)到10%時(shí)候，沉降量增加的幅度控制在20%～40%范圍。所以，在公路施工中確定填土高度需要考慮地基土的性質(zhì)，使路基有良好的穩(wěn)定性，路基沉降量也會(huì)有所降低[2]。

2.2 路堤填筑高度不合理導(dǎo)致的路基沉降

路堤填筑高度會(huì)對(duì)地基產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力，隨著路堤填筑高度的不斷增加，地基需要承擔(dān)的附加應(yīng)力越大，路基沉降量在重力作用下會(huì)隨之增加。此外，隨著路堤填筑高度不斷提升，其自身的壓縮層厚度也會(huì)增加，路基的沉降量成正比例增加。

路基沉降量與路堤填筑高度之間成正比，路堤填筑高度的不斷提升，導(dǎo)致路基沉降量相應(yīng)增加。亞砂土地基和亞黏土地基的承載力低，如果填筑高度超過(guò)12m，路基沉降量會(huì)明顯增加。一般情況下，由于基巖地基和碎石土地基的承載能力高，路基沉降量較小[3]。因此路堤填筑的高度要依據(jù)路堤填料的附加應(yīng)力，分析計(jì)算路基的承載能力，如果是承載力比較小的亞黏土地基和亞砂土地基，路堤填筑高度不能超過(guò)20m，對(duì)于承載力比較大的基巖地基和碎石土地基，填筑高度可以適度調(diào)高至20~30m。

2.3 路堤填料問(wèn)題導(dǎo)致的路基沉降

該工程施工中路堤填料對(duì)地基產(chǎn)生很大影響，主要因?yàn)楦郊討?yīng)力發(fā)揮作用，路堤填料的容量影響了地基承受的荷載，隨著路堤填料容重不斷增加，地基承擔(dān)的附加應(yīng)力超過(guò)承載能力，由此路基出現(xiàn)沉降[4]。路堤填料的變形模量也會(huì)影響沉降量產(chǎn)生相應(yīng)的影響，隨著變形模量增加，路堤沉降量就會(huì)降低。

通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析，明確路基沉降量的變化情況與路堤填料的變化情況存在一致性。在路堤填料的性質(zhì)中，主要是解決容重問(wèn)題。如果路堤填料的種類(lèi)不同，沉降量也會(huì)產(chǎn)生不同的變化，但是多局限于2～20cm，地基土有不同的性質(zhì)，沉降量差值能夠達(dá)到100cm，對(duì)路堤填料的影響相對(duì)較小[5]。

圖1 路堤填料與路基沉降量之間的關(guān)系

2.4 由于自然因素導(dǎo)致的公路路基沉降

自然因素是無(wú)法避免的，但出現(xiàn)問(wèn)題必須采取有效的控制措施，否則會(huì)導(dǎo)致路基沉降問(wèn)題。一些施工單位在高速公路施工過(guò)程中沒(méi)有深入分析可能影響工程的自然因素，雖然在施工之前制定了技術(shù)措施，但不能合理地對(duì)主要原因進(jìn)行計(jì)算分析，僅憑客觀臆斷進(jìn)行判斷，導(dǎo)致施工過(guò)程中受到各種客觀因素的影響，特別是外在自然力導(dǎo)致路基沉降問(wèn)題[6]。例如，當(dāng)雨水滲入路基時(shí)，會(huì)影響壓實(shí)質(zhì)量。如果沒(méi)有采取合理的預(yù)防措施，施工段的邊坡可能產(chǎn)生滑坡問(wèn)題，從而導(dǎo)致路基沉降頻繁發(fā)生。

3 公路路基施工沉降的控制措施

3.1 做好地質(zhì)環(huán)境勘察工作

在路基施工過(guò)程中，地質(zhì)環(huán)境勘察工作非常重要，要分析當(dāng)前路基項(xiàng)目施工現(xiàn)狀，采取有效的技術(shù)管理措施提高路基施工質(zhì)量。例如，當(dāng)?shù)鼗探Y(jié)壓縮后可能產(chǎn)生沉降，導(dǎo)致沉降的主要因素與地基條件、路堤填筑的高度以及路基斷面形式直接相關(guān)，應(yīng)重點(diǎn)考慮地基條件。因此，做好環(huán)境勘察工作，全面掌握地基條件是有效控制地基沉降的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。詳細(xì)分析地質(zhì)勘測(cè)中獲得的資料，對(duì)特殊地段需要重點(diǎn)分析，對(duì)地基的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出變化的主要因素，基于此提出有效的地基沉降控制措施。

3.2 優(yōu)化地基設(shè)計(jì)

可使用CFG樁控制地基沉降，先分析地基沉降量，掌握地基沉降量的變化情況，總結(jié)規(guī)律，再研究斷面的形式采用離心模型對(duì)沉降情況進(jìn)行分析，將地基沉降的規(guī)律總結(jié)出來(lái)，最后，結(jié)合各種地基設(shè)計(jì)方案，分析影響沉降量的各項(xiàng)指標(biāo)，并評(píng)價(jià)沉降與規(guī)定是否符合，由此優(yōu)化地基設(shè)計(jì)。此外，還可以采用強(qiáng)夯處理的方式控制地基沉降。首先，使用落錘沖擊的方式對(duì)地基的上體實(shí)施壓實(shí)處理，降低地基的壓縮性，提高地基的承載力。根據(jù)不同的土體條件采用強(qiáng)夯法采取不同的加固深度；其次，計(jì)算深度結(jié)合使用設(shè)計(jì)錘重采用單擊夯擊能計(jì)算方法；第三，為確保加固深度準(zhǔn)確，要分析影響加固深度的各種可能因素，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法，確定加固深度。結(jié)合信息技術(shù)使用強(qiáng)夯處理方法，實(shí)時(shí)觀測(cè)相關(guān)參數(shù)，并做好測(cè)試工作，分析變形模量獲得路基沉降量。

3.3 公路路基沉降施工中采用綜合性施工控制措施

高速公路工程施工中，采用科學(xué)有效的控制措施才能避免由于路基沉降導(dǎo)致的工程質(zhì)量問(wèn)題。在對(duì)軟土路基加固的過(guò)程中，使用砂土墊層法和強(qiáng)夯法相結(jié)合的控制方法效果較好。在砂礫地基施工段，細(xì)土的處理中采用這種方法可以起到加固地基的作用。使用砂土墊層法對(duì)砂土墊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，能夠有效調(diào)節(jié)施工地基結(jié)構(gòu)，使地基的強(qiáng)度滿足施工要求，地基結(jié)構(gòu)的支撐力足夠防止地基變形。使用砂土墊層的方法還可以對(duì)施工區(qū)域上部進(jìn)行排水，能夠有效處理沉降問(wèn)題，改善加固效果，也可以提高軟土地基施工的強(qiáng)度。該施工方法使用重錘對(duì)填方進(jìn)行夯擊，使基礎(chǔ)更加堅(jiān)實(shí)，確保路基強(qiáng)度符合施工要求，同時(shí)加快基礎(chǔ)施工的速度。強(qiáng)夯法使用的施工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可縮短工期，有效控制施工成本。綜合采用施工控制措施，可有效提高高速公路路基施工質(zhì)量，最大限度地避免出現(xiàn)路基沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

3.4 裝載機(jī)液壓沖擊夯排除路基沉降

高等級(jí)公路通常的填土高度都能夠達(dá)到4～5m，當(dāng)路基施工中，高填方的路段往往會(huì)產(chǎn)生路堤整體下沉的問(wèn)題。導(dǎo)致問(wèn)題的原因有各種因素，諸如路基施工中存在自然沉降時(shí)間不足的問(wèn)題，或施工中對(duì)路基施工壓實(shí)不夠的問(wèn)題，導(dǎo)致壓實(shí)度不符合標(biāo)準(zhǔn)；路基填料存在質(zhì)量問(wèn)題或長(zhǎng)期處于車(chē)輛荷載作用下，影響路基的承載力而導(dǎo)致沉降問(wèn)題。因此，采用直接夯實(shí)的方法或補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)的方法，發(fā)揮液壓夯實(shí)機(jī)的作用，可以消除分層碾壓路基的固有缺陷，對(duì)人為因素導(dǎo)致的路基沉降問(wèn)題也能夠弱化。使用液壓油缸提升夯錘到一定高度后，發(fā)揮重力加速作用，在動(dòng)力作用下夯擊土體，使基礎(chǔ)填料產(chǎn)生強(qiáng)制壓密。液壓夯實(shí)機(jī)有很大的夯擊力，夯擊時(shí)釋放的能量可達(dá)108kN·m，影響深度可以達(dá)到1～10m，夯實(shí)效果良好。

液壓夯實(shí)機(jī)使用非常廣泛，對(duì)回填物的壓實(shí)施工效果良好，特別是在公路的新舊交接處施工中。為避免出現(xiàn)差異沉降，在不方便使用壓路機(jī)、沖擊壓路機(jī)或者重錘式強(qiáng)夯機(jī)的情況下，液壓夯實(shí)機(jī)的效果最為明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

在高速公路路基施工中，路基沉降是常見(jiàn)病害之一，需要根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)影響路基沉降的因素進(jìn)行具體分析，制定相應(yīng)的解決方案，有效控制公路路基施工中出現(xiàn)路基沉降，最大限度地防止路基沉降現(xiàn)象的發(fā)生，提高高速公路的施工質(zhì)量。