高填方路基不均匀沉降的机理分析及防治措施

王满琼 （太湖县农村公路管理局，安徽 安庆 246000）

1 工程概况

某县乡公路，地形地貌为跨越崇山峻岭，设计路线线位高，有的高填方达8m～10m，填挖交错，且不规则，其中不少为三面环山的断面。

2 沉降机理分析

由于影响高填方路基的沉降因素众多，需进行综合分析，才能得出合乎实际结论。高路基沉降有两方面：一是地基本身的沉降，地基承载力有限的，在填土路基初期沉降类似弹性变化形式，由于上面重力的持续作用，其承载力进入强化阶段，高填方路基的自重对下面土体结构造成破坏，其土颗粒在外力作用下重新排列组合；二是填土自身的压缩变形，使的土颗粒间结构体位发生变化，进而导致发生沉降。

2.1 土的压缩性

根据土力学理论可得，路基的沉降取决于土的压缩性，由压缩系数表示。压缩性和土的孔隙率及土压力有关，土颗粒粒径和含水率决定了孔隙率的大小，土压力则取决于土的容重、填土高度，因此分析可知路基总沉降量与土的土质、填土高度以及土体压实程度有关。一般来说，填料粒径大，土质含水量高，压实度差，路基总沉降量就大;随着路基总高度的增加，路基的自然沉降量亦会变大。不同土质的沉降稳定期亦不相同，而土体的压缩表现为土的孔隙比减小，由土体中孔隙水排出速度决定，因此填料的透水性对土体的压缩有很大影响。

2.2 路基压实对其强度和沉降的影响

在高填方路基段，随着地基深度的增加，活荷载对地基的压缩影响逐渐减小，然而恒荷载对地基的影响越来越大，因此施工时额外注意土体自重对地基的影响，提高土体的承载力，压实度根据实际现场要有适当的提高。

2.3 高填方路基剪切强度

土力学可知：f＝c+tanα，f为土体剪切强度，c为土颗粒间的凝聚力，α为土颗粒间的内摩擦角。

粘性土颗粒间的内摩擦角很小，剪切强度主要靠凝聚力，而砂土的凝聚力很小，主要靠内摩擦角来支撑。粘性土的凝聚力主要由原始粘聚力和固化粘聚力两方面组成:

①原始粘聚力,由土粒间水膜与相邻土粒之间的分子引力所形成的粘聚力，随着土压实程度的提高而增大；

②固化粘聚力，由土中化合物胶结作用而形成的粘聚力，与土的压实度有关，研究表明:当士在最佳含水量下压实到最大干密度时，土体的抗剪强度最大。

2.4 路基压实与沉降量关系

路基压实的不足直接影响路基的强度与变形能力，极容易造成纵向裂缝和沉陷。土的压实度与土的含水量和干密度等有内在联系。经过试验可知，含水量小时，干密度小;随含水量增大，干密度逐渐增大，当含水量为最佳含水量时，干密度达到最大值;其后含水量再增大，干密度又减小。

压实功是影响压实效果的一个重要指标，指压实机具质量、碾压次数或垂落高度、作用时间等对压实效果的影响。压实功越大，土的最大干密度越大，最佳含水量越小。

路基完工后，压力随着时间的作用，慢慢挤出土体中的水分，土体逐渐压缩导致路基产生沉降；路基施工时虽达到了压实要求的最佳含水量，但压实功不够，当上覆压力大于施工时的压力而使土体变形，路基结构就会发生沉降。

因此，施工中可以增加压实功，以提高路基强度或降低最佳含水量。但是，增加压实功提高土基强度的措施有限度，达到一定限度后，效果反而不明显，而且不经济，不仅会破坏土基结构，而且使得相应含水量减小导致土的水稳定性变差，故施工时不能盲目的增加压实功来提高土的稳定性，实际中，控制土的最佳含水量要比增加压实功的效率高。

3 防治措施

3.1 填挖交界处压实盲区处理

路基沉降量大，压实不到位是首要主因。通过从机械设备和压实工艺着手，在施工现场不断试验、比较、改进，使得填挖交界处沉降量大的质量缺陷得到有效改观。

3.1.1 压实设备选择

山区填方以土石混合料为主要填料，采用振动压路机和冲碾式机械进行强夯，但受地形限制、施工断面小，填挖交错，压实效果差。通过对项目现场不断试验改进，分别采用了冲碾式、落锤式、液压式强夯机械设备，通过逐个比较，交叉组合，最终选用液压式和落锤式强夯组合，有效提高路基的承载力及压缩模量，形成比较均匀的、密实的路基。

3.1.2 增加强夯断面

填挖交界处路基采用强夯，原设计在路床底进行一次强夯，通过同质监、业主、设计和监理单位共同研讨，增加每8m强夯一遍。

3.1.3 压实方法改进

因山区路基施工碾压断面小，采用常规的顺路基向施工，存在台阶根部压实不到位、压实不充分的现象。采用环形压实方法，再结合液压式碾压设备，有效的避免了端面压实不到位现象。

3.2 合理开挖山体台阶

常规开挖方式以爆破或机械破碎锤施工为主。爆破施工过程中振动剧烈，对山体扰动大，易造成台阶内倾角和台阶尺寸不规则，对台阶结构破坏性较强。破碎锤对硬质红砂岩凿除效果差，进度缓慢，台阶尺寸难达到设计要求。

改进的静态爆破方式，静态爆破可根据需要爆破效果，按照现场岩石临界面，通过在岩石上精确的放样、布孔，可以较精确的控制台阶的内倾角及具体尺寸，增大路基与山体的摩擦力和具体搭接宽度，对山体扰动小，台阶结构完整性强。

3.3 埋设小导管，反挖处理

施工中均未发现泉眼，经过仔细调查研究，发现在山区，因雨水充沛且集中在4-8月份，山体有很多微裂缝，平时无渗水，在山体饱水的情况下，会沿裂缝渗流，如果全部采用碎石盲沟成本增加过大。

通过对已完成的路基进行开挖调查，发现部分山体在填挖交界处存在积水，影响路基的施工质量。

采取在填挖交界处设置带孔洞的小导管，周围有碎石包裹，在降雨后对小导管进行监测，对有渗水情况的路基进行处理，增设碎石盲沟，将水排出路基，有效控制造价同时，确保了路基质量。

4 结语

结合本次工程实践，分析了地基不均与沉降的机理，采取了一些创新防治措施，有效减小了路基沉降量，避免了高速跳车、路基裂缝、路面积水等现象的发生，增加了行车的舒适度，有效的降低了事故的发生。同时路面裂缝减少，也节约了后期运营养护的成本，为公路建设质量控制提供了一条新的方向。

总之，对于高填方路基不均匀沉降病害，要不断总结经验，加强科学研究，查明产生的具体原因。同时要严格按规范设计与施工，采取行之有效的预防和治理措施，从根本上降低高填方路基不均匀沉降的发生和发展，从而有效增强高速公路的使用功能，延长其有效使用时间和提高其使用效率。