山区高填路基差异沉降标准和控制技术探究

2018-10-25陈思先北京市工程咨询公司北京100031

安徽建筑 2018年5期

陈思先（北京市工程咨询公司，北京 100031）

在过去的几十年中，我国山区公路高填方工程建设不断创新发展，但在施工过程中，山区高填路基仍存在差异化，不稳定化甚至沉降问题会造成人在驾驶过程中的舒适性大幅度下降，并容易引发交通事故。所以，文章将根据山区高填方路基问题的原因，简要讨论山区高填方路基差异沉降控制技术和控制标准。

1 差异沉降影响因素分析

1.1 施工和设计过程

在为路堤设计高填方路堤时，必须对路堤进行稳定性检查和沉降计算。如果验证和计算所需的地质条件和岩土试验数据不能真实反映施工情况，则会造成不合理的设计，导致路基病害。

在高填方路基施工过程中，应按照《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）要求的厚度进行分层充填。如果层厚任意增加，压实设备按规定的碾压次数进行工作时，压实度不满足规格要求，当填充到路基设计标高时，累积沉降变形不可避免地发生。在反复荷载作用下，它会产生沉降。施工过程中，如果出现现场人员的责任感不强、技术管理不够、施工现场混乱等现象会造成工程质量降低，施工过程中存在隐患，甚至造成重大质量事故，危及路基稳定性[1]。

①充填顺序不当：高填方路堤不按施工规范的要求将堤岸的全部范围内填满，填充厚度不合规等。②压实不足：高填充的路基应配备标准的压实设备，按正确的操作规范和要求压实，确保压实度符合施工规范要求。③填方与开挖交汇处缺少台阶，或台阶的不标准化，都会造成结合处沉降不均匀，或者是由于原来的地面和填料结构不同，密度和承载力不同。如果在填充物处的软土、腐殖质等未清除或充填方法不正确，压实不足，将会在交接处出现沉降病害。④半刚性填充和刚性结构连接之间的强度和稳定性有很大的不同，充填的压实性不够的是形成桥台台后或沟槽后支台下沉的主要因素。⑤施工过程中未注意排水。在雨天，路基积水较多，不能自行排放，使填充物软化，强度降低。⑥施工机械和轧制技术的问题[2]。

1.2 地基压缩模量

山区高速公路地势复杂，地基压缩模量变化较大，路基沉降量会随着局部基础压缩模量的变化而不断变化。差异化沉降与土壤压缩模量反向发生变化，当基于土壤的压缩模量降低到一定范围时，路基的最大差异沉降将显著增加。土壤基体强度的增加速率与沉降速率的降低不成正比，相反具有减速作用。换句话说，强度变化相同幅度时，土壤基础越弱，沉降量的减少反而明显。在此基础上，可以通过提高地基抗压模量来减少路基沉降，这也暗示软弱地基在施工过程中的重要性。

1.3 土质类型

在山区中，地势复杂，土壤质量不同，土壤的韧性也不同，这都会影响路基的回弹模量。然而，路基沉降会随着路堤弹性模量的变化而反向变化。路基回弹模量小，路堤沉降量大；相反，路基弹性模量较大，路基沉降差较小。如图1所示为地基中软土层导致路基不均匀沉降。

2 高填路基差异沉降标准

2.1 根据路面结构性要求确定差异沉降控制标准

基层的拉应力是进行路面结构分析时主要考虑的因素。因此，根据路面结构要求确定差动沉降的控制标准，也应主要考虑基层的拉应力。高填充路基差发生差异性沉降是一个长期的、连续的过程，路面结构层的应力也随着差异沉降的变化而不断变化。与此同时，路面结构的疲劳寿命也会受到交通荷载的反复作用的影响。

图1 地基中软土层导致路基不均匀沉降

2.2 根据路面功能性要求确定差异沉降控制标准

国内高等级公路施工后施工差异化沉降指标一般考虑了高等级公路在纵坡、横坡、平整度等方面的功能要求。

①纵坡：应根据相关规范标准的纵向坡度要求进行纵坡设计。当设计速度为120km/h时，最大纵向坡度为3%。

②横坡：设计路面横向坡度的目的是为了及时排水，从而保证行车安全。对于新建的公路，路基横截面方向上土层的性质一般不会发生变化。因此，可以认为路基自重是造成路基不均匀沉降的主要原因。通过这种方式，路基中心的沉降将大于路基边缘的沉降，而不均匀沉降将会是盆状的。因此，在设计软土地基的路拱坡度时，应尽可能多地采用最大值，即将路拱横坡的高限制在2%之内。沉降稳定后，要求的横坡仍符合标准。山区高速公路，地形比较均匀，变化的性质在横截面方向上不大，路基沉降是盆形的。

③平整度：在一般的道路工程中，车速对于平整度的要求较低。然而，对于高等级公路来说，驾驶速度较快，只要高速公路和道路存在不平坦，便会导致车辆行驶颠簸，从而减少驾驶的舒适性。同时，驾驶员的安全感得不到保证，迫使司机减速，使其无法达到快速的目标。各个国家对于高等级公路的平整性要求较高，但标准不统一。20世纪80年代，中国才开始修建高等级公路，相关的技术标准并还没有得到及时的补充和完善。在相关规范中，没有规定使用3m的直尺用于高速公路和一级公路，因此，可以参考机场路面的相关规定。路面的平整度应在除变坡处的任何方向和位置上用3m尺子进行检查：新的路面、标尺和表面间隙≤3mm；使用过的路面、标尺和表面净空应≤10mm，不应该有积水。考虑到“平战”的结合，世界上许多国家可以直接在高等级公路上进行飞机的起飞和降落。因此，高等级公路的平整度要求参照机场跑道。在使用路面时，平坦度允许变化率见式（1）。

然而，路况的不平整性是影响汽车驾驶舒适性的主要因素，即垂直部分的平整度。对水平半充填和开挖断面的研究发现，大部分水平半充填半挖断面的纵向方向呈逐渐倾斜的直线，与汽车的方向基本一致。因此，并不大需要考虑这些路面的平整度。而对于山区的高填筑路段，如果路面不平整，将成为影响交通舒适性的重要因素，对平整度要求更高。

3 差异沉降控制技术

3.1 基底的选择与控制

在山区选择高填路基设计路线时，设计师通过深入细致的勘察和检查，以选定设计路基位置为圆心，这样高填筑的路堤可以有效避免较发达的自然水系统和软土地基。如果路基土相对较软，则需加固和维护，以确保地基强度满足规范要求，然后建造高填充的道路地基。如果在高填筑的道路基础上有相对丰富的地下水系统，地下水应被充分排放或分流，以保持土壤质量的干燥程度和硬度。此外，高填方路基的施工优选以材质轻、硬度高、承载力相对较高、压力和重力相对较小为特点的EPS材料，能降低山区高填路基发生变形或沉降的概率。

3.2 交界处路基处理

由于大多数山区地形都比较陡峭，所以，在修建高填路基时，必然会出现一些斜坡。但由于在边坡进行充填和碾压的难度较大，高填方路基压实效果并不理想，导致路基变形或沉降。为防止变形或沉降的发生，实现对山区高填路基的差异沉降的有效控制。在建造过程中，可以在斜坡上设置网格状的栅格，或者在斜坡下面挖一些基层台阶加以巩固，或者在斜坡的两侧建设围挡，从而有效地保证了路基的稳定性。

3.3 高填路基的压实工艺

可以通过标准化建设，有效减少山区高填路基的差异化和沉降化，特别是加强路基的压实。①必须要选择一个好的填充材料，并将其分层压实；②必须增加压路机工作量，提高压实效果，严格控制初始压力，再压缩，最终在压力压实过程，使用先快速压实后减慢压实的手段，可以最终实现密实度符合标准规范的要求和外表无明显压痕。可高度标准化地施工，避免高填方路基发生变形或沉降。