市政道路路基沉陷与处治措施研究

2019-08-05贾睿杰

山西建筑 2019年13期

贾睿杰

(太原市政建设集团有限公司,山西太原 030002)

0 引言

随着城市道路运输体系的不断发展和升级，城市市政道路逐步向快速化、立体化和分级化方向快速发展；以省内重要大型城市为例，由于城市交通运输量在短期内出现井喷式发展，既有道路结构的承载能力和服役耐久性已经无法和现有的交通运输量相匹配，在省内部分城市间出现了严重的道路局部沉陷和垮塌事故，造成了严重的人员伤亡，给市政道路的正常运营和服役埋下重大安全隐患。

1 市政道路路基沉陷病害原因及沉陷特征

1.1 市政道路路基沉陷病害主要原因

1.1.1 设计因素

对于市政道路路基结构而言，以省内部分城市路基沉陷病害为例，市政道路的交通量类型复杂，交通量大小具有一定的周期性，导致市政道路路基结构病害成因相对复杂。城市市政道路施工和城市工民建工程项目相比，具有一定的滞后性，市政道路经常规划在建筑结构分布众多、工程地质条件不良的区域，在市政道路前期的勘察设计过程中，如果不能妥善处理好城市软土路基或者矿产采空区的勘察和治理，在后期运营过程中极容易引发瞬间沉陷，甚至大规模塌陷事故。在省内市政道路勘察设计实践中，对于大填挖方路段的路基稳定性及荷载变形方面的验算设计存在缺陷，对高填挖方路基段、软土路基段选用一般的路基勘察设计标准，对相应的施工工法和路基换填料没有进行明确的界定，对后续的施工和运营埋下重大安全隐患。

1.1.2 施工因素

以省内市政道路工程项目为例，除了设计因素外，施工因素也是导致市政道路路基沉陷病害的主要诱因之一。省内南部部分城市的工程地质条件较差，城市地下暗河分布密集，在市政道路施工过程中，经常性出现软弱下卧层结构，部分城市的山区市政道路的填挖方量较大，由于大量填挖方引发的路基土体换填问题，很容易因施工现场质量把控不当引发路基填筑料不满足承载力、压实度、变形及压缩性等指标要求。此外，水毁引发的路基冲刷导致的路基结构破坏也是一大因素，如遇降水量增加，季节性冻融循环及湿度等因素的综合影响，容易引发路基填筑料中的小粒径碎石流失，造成长期的细微、不均匀沉降病害。在具体施工过程中，对于填方量较大的路基标段，在不同层路基填筑料填筑过程中，尚未按照规范要求的顺序填筑，导致高填方路基分层结构不明显，各层及总体填筑厚度不满足施工要求；路基填筑后，未按照规范要求开展初压、复压及终压施工，路基各层压实度不达标；部分填挖方交界位置，没有设置路基衔接台阶，导致路基交界位置在路基自重及上部荷载的耦合作用下出现明显的不均匀沉降病害；路基施工过程中没有妥善处理好防排水工作，渗透到路基层内的水分无法顺利排出，滞留水分削弱了路基碎石的相互握裹力。

1.2 市政道路路基沉陷病害特征

市政道路路基沉陷病害的成因是多种因素耦合作用的结果，尤其是大填方路段，路基不均匀沉陷是市政道路路基结构病害的最典型表现。由于市政道路荷载结构和形式复杂，如果不能妥善处理不均匀沉降病害，任由沉降发展，将严重损坏路基自身结构，由于路基不均匀沉降引起的路面附加应力矩，将加速路基沉陷的发展进程。经现场勘察发现，市政道路路基结构不均匀沉陷具体表现出以下特点：

1)填方路基开裂。填方路基裂缝是从路基内部发育而成，由于路基结构不同位置的变形存在差异，导致路基结构内的不同位置出现明显的拉伸和压缩区域，在拉伸区域，一旦拉伸应力超过路基填筑料的抗拉强度，将诱导内部产生向外辐射裂缝。

2)对于沥青混凝土路面而言，由于路基结构的不均匀沉陷，导致沥青路面出现横向、纵向及交叉向裂缝，破坏了沥青路面的密封性和整体性，后期容易引发沥青路面唧泥、鼓包、翻浆等各种病害。

3)对于水泥混凝土路面而言，路基结构的不均匀沉降将引发水泥混凝土路面板整体脱空、错台，导致水泥混凝土面板丧失支撑点，一旦上部集中荷载超过水泥混凝土面板的抗拉强度值，将诱导混凝土面板出现脆断。

4)市政高填方路段边坡荷载失稳病害，高填方路基边坡失稳破坏是高填方路基不均匀沉陷发展至后期的表现。图1为高填方路基不均匀沉陷引起的边坡失稳情况。

2 市政道路路基沉陷病害处治技术

2.1 路基整体换填法

路基换填法是解决路基不均匀沉陷病害的一种根本性方法，换填施工技术能够解决路基填筑材料不满足施工要求的问题，但其对路基填方深度有一定的要求，适用于小填方路段，对于高填方路段，换填量惊人，工程经济性较差。换填前先将原有的路基填筑料彻底清运出场外，对基坑进行整平和压实，平整度和压实度指标均满足施工要求后，采用满足施工要求的路基填筑料回填基坑，回填路基材料一般使用级配合理的砂石，土体液塑限指标应满足土工规范要求，塑性指标应属粘土或亚粘土为宜。路基土回填过程中应适当扩大开挖面积，且各层间应设置为错台状，以提升不同路基层的咬合能力，回填路基土体的压实度指标应高于原路基土体压实度1.5%～2%范围之间。由于换填法的填挖方量较大，需要的施工场地面积较大，不适用于分布在建筑物密集的市政道路中，省内也较少使用换填法处理市政道路路基沉陷病害。

2.2 外加剂处理法

外加剂处理法凭借工程量小，施工场地不受限等优势，被广泛应用在高填方市政道路路基结构的沉陷病害处治施工中。高填方路基出现不均匀沉陷时，可以在原路基土中掺加一定比例的固化剂；固化剂是一种使用非常广泛的土工基础材料，根据其理化特性差异，可将固化剂分为多种类型。在市政道路路基沉陷病害处治施工实践中，若路基沉陷病害严重，则使用固体粉状固化剂材料，主要有石灰石、水泥混合物等；若路基沉陷病害相对轻微，则使用辅助固化剂材料，常用的辅助固化剂材料包括：聚丙烯酸氨、聚丙烯酸等富含活性基的有机物，此外，若干处治深度较大，则应使用流动性更强的液态固化剂材料，例如：碳酸氢钙、碳酸镁溶液等，选用高压注射设备直接将液态固化剂射入路基土体内，以加速促进路基土体固结。

2.3 压力灌浆处理法

压力灌浆处治法是最近几年以来广泛使用的处治技术，非常适用于处治路基大面积沉陷和深度沉陷病害。对于省内部分城市的高填方路段，路基填筑材料大部分以级配碎石为主，由于施工技术和现场条件限制，导致高填方路段位置的边缘压实度指标难以达到施工及规范要求，在长期车辆荷载和外部不良环境的耦合影响下，很容易引发路基结构失稳。压力灌浆处治技术在标准压力作用下，能够影响一定范围内的路基固结性能，保证注浆能够充分扩散至路基碎石颗粒缝隙内，以提升路基土体整体的固结性能和承载能力。由于省内高填方市政道路路基填筑料大部分以级配碎石为主，压力灌浆技术能够妥善解决路基的不均匀沉降问题，且施工场地受限因素较少，推广应用前景极其明朗。