公路填挖交界处路基病害处治设计方案

毕晓明

摘要 近年来我国的基建工程发展如火如荼，复杂山区地段的公路建设项目越来越多。修建山区公路时多采用半填半挖的施工方式，由于填挖方路段地基土在强度和变形等方面存在差异，导致填挖交界处易产生差异沉降等病害，影响公路使用及运营安全。文章通过对公路填挖交界处路基病害的产生机理进行分析，针对性地从病害发生前的防治和病害发生后的处理两个方面对填挖交界病害处治提出设计方案，为工程实践提供指导性建议。

关键词 公路;填挖交界;路基;病害处治

中图分类号 U418.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）02-0147-03

0 引言

在山区等复杂路段修建公路时，由于受到施工场地以及项目成本的限制，多采用半填半挖的施工方式进行路基施工。半填半挖的施工方式一方面可以就地取材，使用挖方土体进行填筑可减少因运输填土产生的工程成本，经济性好，另一方面解决了挖方土料处理难题，不必专门设置弃土场等设施。半填半挖施工的公路在填挖交界处易产生工程病害，这种情况在我国各地区的高速时有发生，例如渭武高速、连霍高速等，这是由于地质条件分布的复杂性所导致的，线路存在多处填挖交界断面，在运营期间挖方和填方地基由于强度、压缩性等工程性质存在差异将在外界车辆荷载作用下产生差异沉降，引发路基表面出现裂缝、龟裂等病害，严重时可能发生边坡挡土墙发生位移和路基垮塌失稳等现象。因此，对公路填挖交界处的路基病害进行形成机理分析，研究病害产生机制和病害影响因素具有重要意义，需对填挖路基病害防治方案进行设计，以保证填挖路基稳定性及道路的正常使用。

1 填挖交界路基分类

填挖路基根据填挖交界面与路线的走向之间的关系可将填挖交界路基分为横向填挖交界路基及纵向填挖交界路基两类。横向填挖交界路基是当路线经过的坡段横坡角度比较大时，设计的路基断面与原有路面有所交叉，施工后在横断面上存在填挖交界的路基。纵向填挖路基是当路线经过的坡段纵坡角较大时，施工后在纵断面上形成填挖交界的路基。两种类型的填挖路基见图1所示[1]。

2 填挖交界路基病害类型及产生机理

2.1 裂缝

裂缝分为横向裂缝和纵向裂缝，在纵向填挖交界路基中在挖填交界处易产生横向裂缝，裂缝走向与路线方向相交，横缝严重时可贯穿整个路基[2]。横向填挖交界路基中易产生纵向裂缝，纵缝的发展方向与路线走向基本一致。路基产生裂缝病害的内因是由于挖方段与填方段的路基填料工程性质存在差异。尽管填方路段在填方过程中进行了碾压、击实等工序，但是两者的应力历史明显不同，强度和压缩性质等仍存在较大差异，填方段路基填料的压缩性较大，在自重及外荷载作用下路基将产生较大的竖向变形，而挖方段往往变形基本稳定，在荷载作用下变形小，路基两侧产生不均匀沉降。填方段路基将成为拉伸应变发展区域，挖方段路基成为压缩应变发展区域，又因为填挖交界面类似起到一个临界面的作用，因此路基在填挖交界处更易产生裂缝，在外界水体渗透作用下填挖交界面可能发生局部滑动破坏[3]，对路基稳定性产生影响。

2.2 不均匀沉降

不均匀沉降是填挖路基中非常常见的一种病害，其原因主要是填方路基与挖方路基应力历史不同导致压缩变形性能存在差异。挖方路基经过漫长的地质作用和环境因素的影响，路基早已固结稳定，上部土体被挖除会导致下部土层应力重分布，填方段路基将会产生部分回弹。在填方路基中其填料为挖方土体，虽然其经过了碾压和压实处理等多道施工工序，但其沉降变形仍然没有完全稳定，随着时间的推移，填土路基在荷载作用下逐步排水固结，达到变形稳定。在此期间挖方路基与填方路基将产生不均匀沉降，引起地面产生裂缝。

2.3 路基滑动

路基滑动是填方段路基在填挖交界面处发生滑动破坏，路基局部或者整体失稳的一种严重路基病害，严重影响路基的正常使用。路基滑动是由于填挖交界面的滑动力矩超过了填挖交接面路基土体的抗剪强度，其诱发因素可能是不均匀沉降、水及裂缝等多方面，在實际工程中应当尽量避免这种病害的发生。

3 填挖交界路基病害成因分析

3.1 地形因素影响

当原有场地的边坡坡度较大时，进行纵向填挖时（如图1（a）所示），填方路基由于自重作用所产生的下滑力可能大于填挖交界面的抗滑力矩，从而使得填方路基沿填挖交界面发生滑动破坏，产生不均匀沉降和裂缝，严重时可能发生路基滑动。

3.2 填方段地基的影响

填方段地基中若存在不良地基土层，如软土、湿陷性黄土或红黏土等，在荷载作用下路基将产生较大沉降变形，与挖方段路基相比将产生较大不均匀沉降，引发路面产生裂缝，影响路基的正常使用。

3.3 水的影响

水体渗入会降低土体的抗剪强度和地基承载力，也会影响填挖交界面的结合程度，进而影响路基的稳定性。水体分为地表水和地下水，地表水对路基产生影响主要是在路基表面出现裂缝后，水通过裂缝进入土体内部，浸润填挖交界面，使土体的抗剪强度降低，诱使填方路基沿填挖交界面发生失稳滑动。地下水对路基影响主要体现在地下水位上升时土体软化[4]，压缩性增大导致路基将发生较大的压缩变形。

3.4 施工过程控制的影响

填挖交界处产生的差异沉降控制主要是要靠施工过程质量控制来完成。填方段路基土样的压实程度直接影响其工后沉降，压实度不够会导致施工完成后填方路基的沉降过大，路基运营过程中将面临不均匀沉降引发的各种问题。填方路基压实的施工过程中，路基填料含水率、碾压次数和时间、碾压机具组合、每层压实的土层厚度等都会直接影响填方路基的压实效果，从而影响填挖路基的不均匀沉降及稳定性。

4 病害处治设计方案

根据对填挖路基的常见病害分析可知，填挖交界处常见病害发生原因主要有地形因素、不良地基、水及施工过程控制等因素的影响。因此，在对填挖路基进行病害防治时应有针对性地进行防治设计，分为两个过程的病害处治，一是病害发生前的防治阶段，二是运营过程中的病害处理阶段。防治阶段主要从路基设计以及施工过程控制等方面去提高填方路基与挖方路基的整体性和稳定性。病害处理阶段主要是通过及时对病害路段进行相应处理，抑制病害进一步发展。

防治阶段的措施主要可通过以下措施进行：

4.1 防排水设计

水体是影响路基强度和变形性质的一个重要因素，做好防排水设计可以及时将路基中的水排出，避免其对路基强度和稳定性产生较大影响。同时，路基填料也应尽量采用透水性较好的填料，如砂砾土等，防止毛细水上升进入到路基中，多设置一些横向排水管道、渗沟和纵向排水管等，增强路基排水能力。在挖方路基的边沟处也要注意做好相关的防渗透处理，避免边沟中的水体渗入。

4.2 台阶式开挖

当原有场地坡度大于1∶5时，需对其进行台阶式开挖处理，开挖方式见图2所示。台阶式开挖一方面可以起到削坡的作用，抑制滑动破坏的发生，另一方面台阶式开挖增加了填方路基与挖方路基的接触面积，增强了两者的结合程度，提高了其抗剪强度和路基的整体性，可以减小填挖路基间的差异沉降。

4.3 铺设土工格栅

在填挖交界处铺设土工格栅一方面可以起到加筋作用，提升结合处的抗拉、抗剪能力，另一方面网状结构的土工格栅有助于土中的孔隙水压力消散，可以进一步地提高路基的抗剪强度，提高路基的整体性和稳定性，抑制填挖交界处路基的不均匀沉降发展。土工格栅通常和台阶法开挖一同投入使用，在施工过程中通过将土工格栅一端的端头锚固在挖方路基内部使其更加稳定，土工格栅之间采用U形钢筋进行搭接，搭接长度不应小于10 cm。

4.4 地基处理设计

填方路基底部地基中若存在不良土层，对路基的变形性质将有较大影响，需要提前对不良土层进行地基处理方可进行填筑施工。对于存在不良地基的填方路段，需要有针对性地采用地基处理方案，如膨胀土，淤泥质土等高塑性黏土层地基可采用石灰樁或者水泥搅拌桩等进行处理;湿陷性黄土地区，可采用挤密桩法、三轴搅拌桩法、旋喷桩法等进行处理;当浅层地基土需要进行地基处理时可采用换填法进行处理，深层地基土需要进行处理的可采用强夯法、复合地基法、挤密桩法、CFD桩法、DDC桩法等处理方法进行处理（如图3所示）。提前做好地基处理工作有助于减少工后沉降，对抑制路基病害发生和保证道路正常使用有重要意义。

4.5 施工过程控制

主要是对填方路基填料的质量控制以及施工工序的严格把握。

填方路基填料质量控制：填方前做好相应的击实试验，测试最佳含水率等，对填料进行预处理，去除填料中的垃圾及有机质，避免使用不合格的材料，实际进行填方时将含水率控制在高于最佳含水率1%～2%的范围内。

施工工序的严格把握：一是要在施工前进行施工碾压机具组合、碾压次数和每次碾压填土厚度等参数试验，选择最佳的参数组合。二是对施工质量进行严格控制，确保施工过程按照设计要求进行，达到设计标准，每处路基均碾压到位，达到良好的压实效果。三是进行碾压施工前一定要等到地基处理起效之后进行，不能提前开始，影响地基处理效果。四是在雨季施工时要安排好施工工序，合理安排作业时间，减轻雨水对路基的冲刷作用，并且路基的含水率要满足要求才可继续进行填筑。

在病害处理阶段，由于挖方路基与填方路基在外部动荷载作用下将产生不均匀沉降，路基表面会出现产生裂缝、龟裂等病害，需要对路面产生的裂缝及龟裂及时进行处理，如向裂缝中填筑冷补料等对裂缝进行修补，防止地表水通过裂缝渗入路基内部，诱使裂缝进一步发展。当路基病害较为严重，影响路基正常使用时，需要对病害位置及时进行挖除并做换填处理。此外，在运营过程中要严格对超载超限行为进行监管，避免路基承受过大的外部荷载，引起路基产生较大的沉降变形，产生失稳破坏。

5 结语

填挖路基由于填方与挖方路基土在物理性质及工程性质上存在差异，使得填挖交界面处易产生病害，影响路基的安全使用，一直以来都是公路工程路建设中的疑难问题，需要对填挖交界处的病害防治方案进行深入研究，解决路基填挖交界处病害问题。该文对常见的填挖路基进行分类，分析填挖交界面处病害的形成机理，研究其内在原因和影响因素，并给出有针对性的病害防治方案，从路基设计及路基施工等方面对路基病害进行防治，有针对性地提出具体措施和做法，为填挖交界路基病害防治提供了建议能够对公路填挖交界路基的病害处治问题给予一定指导。

参考文献

[1]王勇.公路填挖交界路基病害处治的设计方案[J].城市道桥与防洪，2019（4）：55-57.

[2]李锋.填挖交界路基病害及处置方法研究[J].工程技术研究，2020（15）：179-180.

[3]刘新延，张冲.公路填挖交界路基病害处治的设计方案[J].交通科技，2010（14）：71.

[4]蔡云鸥.公路工程填挖交界处的路基病害处治方案[J].工程建设与设计，2021（8）：52-54.