論公路沉降段的成因及施工關(guān)鍵技術(shù)

楊青山

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

受外界環(huán)境、施工技術(shù)條件等多種因素作用，新舊路基搭接部位、橋梁臺(tái)背部位多發(fā)生差異沉降病害，影響道路行車安全性能、道路服役性能[1]。為消除公路沉降段不均勻沉降問(wèn)題，該文結(jié)合多年道路工程施工經(jīng)驗(yàn)，研究了公路沉降段的成因及施工關(guān)鍵技術(shù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 路基路面沉降段的成因

1.1 路基填料差或壓實(shí)不密實(shí)

路基填料性能是影響路基穩(wěn)定性、路基壓實(shí)性能的關(guān)鍵因素[2]?，F(xiàn)階段，為節(jié)約道路建設(shè)成本，路基填筑材料多為就地取材，但多數(shù)道路工程沿線黏性土分布區(qū)域廣泛，土質(zhì)工程性質(zhì)較差，黏土路基在周期性凍融、長(zhǎng)期車輛及自動(dòng)荷載作用下蠕變，使道路路基產(chǎn)生差異沉降。

部分路段路基填料工程性質(zhì)較為優(yōu)良，但施工標(biāo)準(zhǔn)、施工方案、施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，致使路基填筑壓實(shí)未按設(shè)計(jì)要求分層填筑碾壓、填筑層厚過(guò)大、壓實(shí)遍數(shù)不足等，路基壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)或規(guī)范要求，引起路基不均勻沉降。

1.2 橋頭沉降段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

路基與橋臺(tái)接觸部位是沉降病害多發(fā)地段，橋臺(tái)搭板、引道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理是橋頭沉降段沉降病害的主要致病成因[3]。

橋頭與路基結(jié)合部，多采用鋼筋混凝土搭板法、加大配筋法平衡連接部剛度差異，消除橋頭沉降段工后不均勻沉降發(fā)生的隱患。若橋頭沉降段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、施工階段處理不當(dāng)，極易引發(fā)橋頭與路基搭接部位差異沉降，車輛快速通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生跳車等問(wèn)題，影響行車安全。

1.3 橋頭引道地基處治達(dá)不到要求

橋頭引道路段，多采用搭板法、加筋土法等方法處理地基，抵消道路結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)剛度差，提升路橋引道部位整體性。其中搭板法是橋頭引道地基處理應(yīng)用最為廣泛的方法，具有工期短、成本低、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，可有效阻止橋頭引道段沉降段發(fā)生，但受長(zhǎng)期車載、重載交通作用，搭板結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)斷裂問(wèn)題，易引起行車安全隱患。

2 路基路面沉降危害

2.1 縮減路基路面使用年限

路基填方材料在長(zhǎng)期行車荷載、自重荷載及環(huán)境因素作用下，會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象。普通道路路基填方材料工程性質(zhì)、壓實(shí)質(zhì)量較為優(yōu)良的情況下，基本不會(huì)產(chǎn)生大幅不均勻沉降；路基與橋頭接觸部位，由于道路結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)剛度、材料性能差異較大，路基材料蠕變作用下，道路、橋梁累積沉降差異不斷擴(kuò)大，使得路橋連接面出現(xiàn)差異沉降[4]。

隨道路、橋梁連接部位沉降差異累積擴(kuò)大，通行車輛駛過(guò)路橋接觸部位，會(huì)頻繁發(fā)生跳車現(xiàn)象，路面在長(zhǎng)期車輛沖擊下，導(dǎo)致道路、橋梁連接部位累積沉降會(huì)加劇擴(kuò)大，引發(fā)開(kāi)裂、坑槽等嚴(yán)重道路病害，縮短道路服役年限。

2.2 增大交通事故發(fā)生概率

沉降段道路凹凸不平，車輛通行過(guò)程中會(huì)發(fā)生顛簸、跳車等問(wèn)題，誘發(fā)道路交通事故。研究表明，道路、橋梁接觸面沉降差異超過(guò)15 mm 時(shí)，高速通過(guò)車輛會(huì)發(fā)生劇烈的搖晃、振動(dòng)現(xiàn)象；若沉降差異超過(guò)30 mm，發(fā)生交通事故的概率會(huì)增加約60%。

3 路基路面沉降段施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地基處理施工

為從源頭上解決路基路面沉降段問(wèn)題，施工前須根據(jù)施工地質(zhì)條件、路基填料性質(zhì)，科學(xué)選擇路基土體改良、壓實(shí)工藝，提升路基穩(wěn)定性、承載能力；路基與橋臺(tái)接觸部位等節(jié)點(diǎn)部位，可采取多種措施消除道路結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)剛度差，及時(shí)修補(bǔ)斷裂搭板，延緩路基填料蠕變對(duì)橋頭段路基、橋頭沉降差異擴(kuò)張速度。

（1）軟土路基施工、服役階段，受自身荷載、車載作用，易出現(xiàn)側(cè)向擠動(dòng)現(xiàn)象，危害橋臺(tái)、橋面結(jié)構(gòu)性能。臺(tái)背范圍內(nèi)，宜優(yōu)先選用密度較低、工程性質(zhì)優(yōu)良的回填材料，減少路基沉降。

（2）挖除基底軟土，換填工程性質(zhì)優(yōu)良的碎石土等土體，提升路基穩(wěn)定性、承載力；軟弱土層厚度超過(guò)3 m時(shí)，可采用碎石樁復(fù)合地基工藝進(jìn)行路基改良加固，碎石樁按三角形布置，樁徑設(shè)置在0.5 m 以上，間距控制在0.9 m，樁長(zhǎng)根據(jù)土層深度、路基承載力設(shè)計(jì)要求確定，處理至坡腳外1 m 范圍，示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 厚度大于3 m 的軟弱土層路段碎石樁處理示意

（3）結(jié)構(gòu)物臺(tái)背地基采用CFG 樁加固，工藝示意圖見(jiàn)圖2。CFG 樁擠壓樁周土體，與褥墊層形成復(fù)合地基；臺(tái)背過(guò)渡段地基，可采用漸變樁加固，緩沖橋臺(tái)、路堤沉降差異。

圖2 CFG 樁處治臺(tái)背地基示意

3.2 設(shè)置搭板

當(dāng)前橋梁與路基過(guò)渡段施工，常采用橋頭搭板結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行過(guò)渡，解決差異沉降問(wèn)題[5]。由于道路結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)剛度差異較大，一旦道路結(jié)構(gòu)部位搭板結(jié)構(gòu)基底不實(shí)，在長(zhǎng)期車載作用下，極易出現(xiàn)搭板基底空洞，造成搭板斷裂。

（1）搭板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)橋頭、道路接觸部位沉降變形具有十分重要的影響，為防止搭板基底沉降、板底空洞等造成搭板斷裂，須根據(jù)道路路基填料性能、壓實(shí)度要求等設(shè)計(jì)搭板結(jié)構(gòu)，確保道路結(jié)構(gòu)沉降至不超過(guò)設(shè)計(jì)允許范圍。

（2）搭板尺寸作為搭板結(jié)構(gòu)核心參數(shù)，對(duì)搭板結(jié)構(gòu)沉降控制效果具有重要影響[6]。臺(tái)背回填工區(qū)壓實(shí)作業(yè)難度較大，壓實(shí)度不易達(dá)標(biāo)，搭板長(zhǎng)度過(guò)小時(shí)，搭板末端持力部位位于欠壓區(qū)域，極易沉降引起縱坡變化，必須根據(jù)臺(tái)背回填區(qū)域劃分設(shè)計(jì)搭板長(zhǎng)度，見(jiàn)圖3。

（3）施工階段，壓實(shí)工區(qū)施工節(jié)點(diǎn)較早，路堤固結(jié)沉降基本穩(wěn)定，為防止路基沉降造成搭板縱坡過(guò)大，搭板長(zhǎng)度必須覆蓋欠壓實(shí)區(qū)域。搭板理論長(zhǎng)度計(jì)算如下：

式中，L——搭板長(zhǎng)度（m）；H——臺(tái)背高度（m）；b——回填區(qū)基底長(zhǎng)度（m）；i——欠壓實(shí)區(qū)與壓實(shí)區(qū)界面坡度，一般為1 ∶1。

3.3 臺(tái)背范圍填筑施工

路堤沉降根據(jù)發(fā)生時(shí)間不同，可分為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降、蠕變沉降3 類。臺(tái)背填料工程性能、質(zhì)量對(duì)路堤工后沉降影響較大，輕質(zhì)填料自重較低，可增加土體壓縮模量，減小填料自重作用產(chǎn)生的壓縮變形。

路堤填筑施工階段，可優(yōu)先選擇質(zhì)地較輕、工程性質(zhì)優(yōu)良的填筑材料；填料設(shè)計(jì)選型階段，選型原則如下：1）材料剛度介于橋梁橋臺(tái)、道路路基剛度之間；2）材料結(jié)構(gòu)致密、變形模量較低；3）透水性良好。

3.4 設(shè)置排水設(shè)施

環(huán)境水害侵蝕是路基沉降的主要誘發(fā)因素，若排水設(shè)施設(shè)置不當(dāng)，會(huì)使道路積水，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，引發(fā)路基沉降、坍塌、路面開(kāi)裂等病害，嚴(yán)重影響道路服役性能[7]。

路基設(shè)計(jì)、施工階段，必須根據(jù)線路沿線氣候環(huán)境、排水設(shè)計(jì)要求等，設(shè)計(jì)、施作排水管道，確保道路排水通暢性符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，防止積水侵蝕路基。

3.5 路基路面沉降監(jiān)測(cè)

路基施工階段，通過(guò)監(jiān)測(cè)路面沉降數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)道路施工質(zhì)量及安全性能；若沉降率超過(guò)監(jiān)測(cè)允許范圍，也可及時(shí)分析沉降超限產(chǎn)生成因，采取合適的治理方法處理。

（1）路基沉降對(duì)道路服役質(zhì)量具有重要影響，現(xiàn)階段路基沉降觀測(cè)仍以人工測(cè)量為主，測(cè)量精度、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理等方面存在較多弊端[8]；路基沉降智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)路基沉降數(shù)據(jù)的觀測(cè)、計(jì)算、存儲(chǔ)、查詢一體化管理，且具有沉降過(guò)程可視化功能；系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件及功能軟件部分構(gòu)成，可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工場(chǎng)地沉降情況，結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖4；監(jiān)測(cè)流程依次為：微壓差dPi→液柱高差Hi→H0→沉降值Δ0，監(jiān)測(cè)原理見(jiàn)圖5。

圖4 路基沉降智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖5 路基沉降測(cè)量系統(tǒng)沉降測(cè)量原理圖

（2）軟土路基施工主要觀測(cè)路基中心沉降率、側(cè)向位移速率兩個(gè)項(xiàng)目，要求中心沉降速率、側(cè)向位移速率均不超過(guò)規(guī)范、設(shè)計(jì)允許值[9]。

（3）施工階段，可運(yùn)用沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)路基施工，確保工后沉降量不超過(guò)規(guī)范限值；某軟土路堤中心3 個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)見(jiàn)圖6。由圖6 可知，1 號(hào)、3 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)中心沉降數(shù)值均符合規(guī)范要求；2 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)前2 個(gè)月沉降均超過(guò)6 mm，需要采取一定的處理措施。

圖6 某公路路堤中心3 個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)值

4 結(jié)論

路基路面沉降段差異沉降處治是路橋工程施工重難點(diǎn)，沉降段地基處理施工前，必須分析路基填料性能，制定合適的地基處理方案，增強(qiáng)路基承載力，減少道路、橋梁接觸位置沉降差異；搭板設(shè)計(jì)階段，根據(jù)臺(tái)背回填區(qū)域劃分，合理設(shè)計(jì)搭板長(zhǎng)度，確保搭板末端安置于壓實(shí)區(qū)，并設(shè)置枕梁分散搭板末端應(yīng)力，防止搭板斷裂；路基施工階段嚴(yán)格按照規(guī)范要求施作排水設(shè)計(jì)，保障路面排水通暢性，防止降雨積水侵蝕路基?？傮w而言，路基施工各階段，都必須按照相關(guān)工序施工規(guī)范要求開(kāi)展作業(yè)活動(dòng)，從源頭上減少工后差異沉降問(wèn)題，保證道路服役性能。