高填方路基工后不均匀沉降分析及对策

陈世民，叶 杨，李 江

(1.上海建工集团股份有限公司，上海 200080；2.上海建工一建集团有限公司，上海 280080)

1 工程概括

环天府新区快速通道工程按一级公路标准建设，全长48.652 km，一标段全线长8.32 km，路面宽度57m，为双向6车道；部分为市政道路段，路面宽45 m，为双向4车道，设计时速80 km/h。道路主要位于丘陵地带，该地区沟壑纵横、植被茂盛，路堤边坡最大填高达25 m。一小部分道路位于居民、厂房密集区域。本标段路基挖方约266万m3(含挖淤泥、软基换填、低填浅挖等)路基填方约127万m3，路基填筑材料主要为Ⅲ类土和Ⅳ、Ⅴ类石的土石混填料。

2 不均匀沉降原因分析及对策

2.1 地基沉降

在工程地质不良或软弱地基处进行高路堤填筑时，由于地表土壤密度小，含水量大，压缩变形大，承载力低。当路堤填料逐渐增加后会使原地基产生压缩变形，从而导致路堤出现沉降，因此需对路基进行处理并保证承载力满足设计要求。环天府新区快速通道工程根据设计文件和地勘报告可知地基土表层为粉质粘土，褐黄色，软塑，表层包含植物根，厚6～8 m，属软弱地基，应进行地基处理，设计文件要求采用碎石桩方式进行地基处理。碎石桩施工完成后需进行复合地基承载力试验，复合地基承载力大于180 KPa。

2.2 路堤自身工后沉降

尽管高填方路基按照规定的填料和压实度要求填筑，但由于路基填筑高度大，以及填料的不均匀性，扔存在一定的工后压缩变形和不均匀变形，造成路面开裂、不平整等病害。因此在工程中需对高路堤进行冲击碾压或普夯等方式增强补压，并铺设土工合成材料等措施减小工后沉降以及降低引起的病害。

(1)冲击碾压

冲击碾压是兼具强夯机和普通振动压路机优点的一种压实方式，作业方式是采用冲压和转动重压的一种复合方式。工作中压实轮对路基产生大振幅冲击剪切，相当于地震波传播的特性，以高振幅、低频率的方法将产生的极高能量压入到地面，对路基产生剧烈的冲击作用，可有效增大压实厚度和压实体积，并减少压实遍数，从而大大提高高填路基的压实效率。因环天府新区快速通道工程回填材料主要为土石混合料，冲击碾压作用在土石混合料中，产生强大的冲击波向深层土石混合填料传播，能量在土石混合料中传递时克服土石颗粒之间的吸附力、黏聚力，使疏松的土石颗粒咬合状态变得更加紧密，土颗粒及细石颗粒逐渐填充到粗石颗粒孔隙之中，使填料得到充足的压实，从而达到快速高效的压实土石混填料的目的，避免由于压实度不够、压实不均匀等引起的路堤产生较大变形，从而导致路基产生不均匀沉降以及路面开裂这些影响交通安全因素的产生，提高路面的服务水平。根据施工经验可得出土石混合填料填筑路基时采用冲击碾压后压实效果更为显著。

图1 冲击压路机工作原理

冲击碾压的速度一般控制在12～20 km/h，而一般压路机行驶速度为4～6 km/h，相比较而言施工速度快，尤其对较长、较宽的路基段落，效率更高。且冲击碾压作用范围大，冲击碾压的压实影响深度一般在1～1.5 m，比传统的振动压路机有更好的压实功效，有效解决普通压路机需要严格控制层厚的问题。对于普夯而言冲击碾压工费较低，性价比较高。

冲击碾压全面施工以前应进行冲击碾压工艺试验，试验段长度选取200 m，试验段施工时，记录原地面压实至合格的遍数、填筑层的松铺厚度、压实厚度、压缩比、平整度等参数。对试验段记录的各项数据进行总结，用于指导全段路基高填方冲击碾压施工。自行式冲击压路机单块最小冲压施工面积不宜小于1 000 m2，牵引式冲击压路机单块施工面积不宜小于1 500 m2。较窄的工作面但设置了转弯道的最短直线距离不宜小于100 m，宽度不宜小于6 m。根据现场冲击碾压施工场地情况以及各种型号冲击压路机使用条件合理选择施工机械。冲击式压路机工作前方如有结构物应及时调头，安全距离不小于5 m。靠近结构物台背处2.0 m及结构物顶部的填土高度不大于2.0 m范围内，禁止冲击碾压。冲击式压路机工作时，压实轮外缘应与填层边缘保持不小于1 m的安全间距，防止冲击能量大，损坏填层边部。为保证路基填筑部位碾压充分以及防止亏坡导致路基宽度小于设计要求，路基每侧填筑宽度应根据设计要求加宽50 cm。

(2)铺设土工合成材料

土工合成材料是指应用于岩土工程和土木工程中合成材料的总称。主要材料为聚丙烯、聚乙烯和聚酯等。采用聚丙烯、聚乙烯材料制成的土工合成材料可用于酸碱环境中，但不宜长期直接暴露在阳光中。采用聚酯材料制成的土工合成材料则相反，不适用于酸碱环境中。土工合成材料有较高抗拉强度，埋于土石中可承受一部分拉应力，增加土体稳定性，所以高路堤上铺设土工合成材料主要起到加筋的作用，同时土石作为散粒体通过土工合成材料这种连续介质改善了其工程特征。对于高路堤的不均匀沉降起到了一定的减小和调节作用。加筋用产品形式包含土工织物、土工格栅、土工复合材料、土工格室等，本工程采用土工格栅(80 KN/m)。土工格栅具有较高强度，其开孔可容周围土石等材料穿入，由于土石粒可以嵌入土工格栅的格栅孔口之内，产生较大的摩擦力，对于路堤加筋效果更为显著。土工格栅按受力性能一般分单向、双向和三向格栅，本工程需要考虑多方向受力，采用双向土工格栅。目前各类土工合成材料价格相差无几，但在同等应变下土工格栅强度最高，所以从技术经济角度出发，采用土工格栅性价比最高。

土工合成材料的抗拉强度是路堤加筋的基本要求。土工合成材料易受尖硬突出物刺破、顶破，为免受施工损坏，保证强度的发挥，土工合成材料强度需满足设计要求。填方的压实是保证土工合成材料发挥加筋作用的关键，只有具有良好压实的填方，才能保证土工合成材料和土石之间具有足够的摩擦力。

3 高填路基预沉降

高填方路基一般在经历一个雨季后，很多病害都会暴露出来，因此在路基施工中合理安排高填方路基的施工，给高填方路基预留一个雨季的沉降期，便于进行相关病害的处治，利于沉降稳定。同时高填路基施工时填方高度要略高于设计标高，预留一定的下沉量。通过招商局重庆交通科研设计院有限公司对四川成雅高速公路全线高填方路基，以及广西南宁—桂林高速公路部分高填方路基不均匀沉降实测结果进行分析，发现为控制路基不均匀变形，高填方路基工后沉降控制指标取40 mm较为合适。

4 结 语

高填方路基施工具有投资大、工程量大的特点，高路堤施工质量是影响整个环天府新区快速通道工程完成质量的关键部位。因此高填方路基施工时须严格按照设计及规范要求施工，保证高路堤施工的每一道工序满足质量要求。通过对高填方路基施工质量控制措施的总结分析，指导工程施工，控制施工质量，优化高填方路基施工工序，重点把控关键部位，最大程度上减小和控制本工程高填方路基的不均匀沉降。