观洞水库临时道路路基下沉原因分析及处理措施研究

华月新

(惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516003)

1 引言

道路交通网络建设对当地经济发展具有十分重要的作用，东部平原地区交通建设经过多年发展已经取得了较为丰硕的成果，国家战略也越来越重视西部地区的发展，因此，西部交通建设显得尤为重要[1-4]。在我国南方，地貌主要表现为低山丘陵，气候潮湿，软土分布较广，是公路建设面临的巨大挑战[5-6]。软土力学性质较差，路基施工完成后极易出现沉降，严重影响到公路的正常使用[7-8]，一些大型工程修建过程中，为了保证工程建设进度，往往需要修建临时道路工程。本文结合观洞水库临时道路工程，对公路路基下沉原因进行分析，并提出相应的解决措施，可为山区公路建设提供参考。

2 工程概况

观洞水库位于观洞河上游，离惠州市区25 km，是一座综合利用的中型水库，水库控制集雨面积41.6 km2，水库总库容6239万m3，现状控制灌溉面积2.24万亩。为了水库除险加固工程实施的便捷，修建了临时道路工程。根据现场开挖成果，临时道路主要穿越低山丘陵区域，场地出露的地层主要包括：出露的第四系地层岩性主要有第四系人工填筑层(Q4ml)、河湖相沉积层、冲积层(Q4al)、残积层(Q4el)等，部分区域穿越基岩段，场地内地层分布见表1。在实际使用过程中，观洞水库出现了不同程度的下沉现象，影响道路的使用功能。

表1 地层分布表

3 影响路基下沉因素分析

影响路基沉降的主要因素可从两个方面进行分析：(1)路基自重导致路基土压缩变形；(2)路基自身压缩变形。

在路基施工过程中，道路两侧的路基压实难度较大，经常会出现压实度不满足要求的现象出，导致道路两侧的路基首先出现沉降，同时，由于惠州地区降水多、雨量集中，在雨水的冲刷作用下，路基出现沉降的可能性大大提高。

软土路基是观洞水库临时道路工程修建过程中遇到的特殊土层。根据地质勘察成果，区域内淤泥质粘土分布较广，主要由淤泥质粘性土组成，含有细砂土及腐殖有机物，具有泥臭味，呈软塑状。现场标准贯入试验击数3.0～4.0击，平均值为3.1击，属于典型的软弱土。一般情况下，软土路基的中间附着力远大于两侧附着力，就导致道路中间的沉降量大于两侧沉降量，当道路一侧为软土，另一侧路基土强度较高时，路基更易出现差异性沉降，且由于临时道路工程有较多的重载货车通行，软土区域路基沉降问题较为显著。在观洞水库临时道路施工完成并通车运行一段时间后，软土段路基便出现了不同程度的下沉，对过往车辆的安全产生极大的威胁。

由于观洞水库所在区域地形起伏相对较大，临时道路工程存在部分填方路堑，在降水侵蚀、冲刷影响下，路堤稳定性会产生一定的变化，同时，在低山、丘陵地区，路堤与山体接触部位会产生一定的滑动，从而出现整体破坏。在多次降水影响下，路堤岩土体强度会出现一定的劣化，导致整体失稳。

使用期沉降，在施工完成后，车辆荷载影响下会造成路基沉降。出现这种情况的主要原因是，路基填土在施工过程中未完全沉降，在使用期的车辆荷载影响下逐渐固结沉降，从而造成路基下沉。

4 路基下沉处理措施

4.1 穿越软土段处理措施

在低洼区域，往往容易积水，造成岩土体力学性质劣化。观洞水库临时道路工程在修建过程中穿越了低洼软土地段，原设计方案为清淤后借土回填，通过现场勘察，临近水田侧地势低洼、存在排水问题，借土回填后可在一定程度上改善路基土体强度，但不能解决排水问题，在后期的使用过程中，难免出现由于地下水汇集造成的路基沉降、破坏的现象，从而导致临时道路的使用安全性下降。因此，针对这种情况，需要对设计方案进行变更，变更后的路基处理方案为：清除淤泥后，使用片石进行换填，可在一定程度上改善该公路路基的排水效果。使用FLAC对软土路基(片石)换填后的效果进行分析，见图1，从图中可知采用片石换填后，软土路基不会出现整体失稳的现象，仅在坡面出现小规模的变形。

图1 软土路基数值模拟分析

4.2 穿越山区段处理措施

观洞水库临时道路工程穿越的主要地貌单元是低山丘陵地段，在这部分区域，最易出现的是差异沉降。在填方路基段，使用强夯法对填方路基进行夯实。该方法是利用冲击力对路基进行夯实，减小土体压缩性。由于强夯法操作简便、工艺简单，在该公路施工过程中较为常用。使用强夯法可减少路基填方土体的空隙率，排出颗粒间的空气，改变原有土质结构，在巨大的冲击力作用下，土体中的水从裂隙中流出，从而提高土体本身的强度。

根据类似工程经验，该段公路路基强夯使用8遍点夯+4遍满夯的处理方案。点夯和满夯需要严格控制夯击能。其中点夯、满夯的夯击能需控制在1500 kJ～2500 kJ和800 kJ～1200 kJ之间。其中，点夯的布置方法为4.0 m×4.0 m正方形，两次夯击处理的间隔时间不应小于一周，且不能超过12 d。

使用强夯法完成填方路基夯实后，路基土力学性质明显提升。强夯完成后，通过现场检验，承载力由加固前的160 kPa提升至210 kPa。力学强度提升显著。

低山丘陵地区的特殊性，导致公路修建过程中会出现较多的高填涵洞，部分涵洞顶部回填深厚土层。为了避免对下部涵洞结构产生影响，使用强夯法进行路基加固时，需要进行特殊处理，以保护涵洞结构的稳定。这种区域不能使用强夯法进行处理，在强夯法与非强夯法接触的部位存在差异性，这是公路出现差异沉降的一大诱因。对于这种情况，可采用土工格栅进行处理，可减少差异沉降，减轻路面开裂。在使用土工格栅处理的过程中，可扩散路基土体中的应力，避免应力集中，同时，可提高路基土的抗剪能力。土工格栅铺设需要合理确定铺设位置和密度，铺设距离涵洞的距离越近，顶面防护效果越好。

观洞水库穿越的低山丘陵地区属于构造活动较为强烈的区域，位于潭下—七星嶂—黄巢山复式褶皱带内，地质情况较差，岩土体在多次构造活动影响下，结构破碎，在后期降水等因素影响下极易出现裂缝。针对这部分岩土体结构破碎的区域(场地内仅极少区域出露结构破碎的基岩)，采用注浆+格宾石笼挡墙进行处理。实施方法如下：对岩土体破碎范围带内的岩土体使用φ108 mm的钢管压浆处理，钻孔间距为1.5 m×1.5 m，钻孔深度根据破碎带厚度确定，钻孔施工完成后插入φ108 mm的钢管，在钢管内放入3根φ32 mm的钢筋，之后注入混凝土。注浆量根据下式计算：

Q=1000×K×V×n

(1)

式中：Q为注浆量，L；V为加固土体积；n为土体孔隙率；K为经验系数。

在钢管桩顶部浇筑厚为1.0 m的C30混凝土板，之后施工格宾石笼挡墙。

5 结论

观洞水库临时道路工程沿线穿越低山丘陵、低洼软土等多种地质地貌单元，通过分析，该临时道路出现沉降的主要原因是路基沉降和路基土沉降；根据工程概况，在软土段通过清淤+换填片石进行处理，山区段采用强夯法、注浆+格宾石笼、土工格栅方法进行处理，可为低山丘陵地区公路工程修建提供参考。