高速公路路基沉降影响因素及应对措施

2022-04-18刘英

交通世界 2022年7期

关键词：路堤模量填料

刘英

（邢台路桥建设总公司，河北邢台 054000）

0 引言

高速公路工程施工中，路基沉降是普遍存在的问题。导致路基沉降病害有多方面的因素，诸如地质环境、路堤填筑过高、地形地势状态起伏等[1]。本文以某高速公路为例，对引起路基沉降的因素进行分析，并进一步探讨解决路基沉降问题的措施。

1 工程概况

某高速公路全长198.016km，其主线与附近城市外环线的高速公路连接，双向四车道，设计车速为120km/h，路基宽度为26m，路面材料为沥青混凝土。

2 高速公路路基沉降的影响因素

该段公路在建设完工不久便出现路面沉降问题，分析其原因主要是地基土性质、路堤填料问题、自然因素的影响以及路堤填筑高度缺乏合理性导致的。

2.1 地基土性质导致的路基沉降问题

如果施工中产生路基沉降问题，首先需要考虑地基变形模量。当路堤高度等于路堤填料时，地基的沉降量会增大，其中地基土的性质起到了决定性作用，也是影响地基变形模量的关键因素，是导致路基沉降的主要原因。地基变形模量被控制在15MPa范围内，地基变形模量发生变化，沉降量也随之发生变化。地基变形模量降低的幅度达到10%时候，沉降量增加的幅度控制在20%～40%范围。所以，在公路施工中确定填土高度需要考虑地基土的性质，使路基有良好的稳定性，路基沉降量也会有所降低[2]。

2.2 路堤填筑高度不合理导致的路基沉降

路堤填筑高度会对地基产生一定的附加应力，随着路堤填筑高度的不断增加，地基需要承担的附加应力越大，路基沉降量在重力作用下会随之增加。此外，随着路堤填筑高度不断提升，其自身的压缩层厚度也会增加，路基的沉降量成正比例增加。

路基沉降量与路堤填筑高度之间成正比，路堤填筑高度的不断提升，导致路基沉降量相应增加。亚砂土地基和亚黏土地基的承载力低，如果填筑高度超过12m，路基沉降量会明显增加。一般情况下，由于基岩地基和碎石土地基的承载能力高，路基沉降量较小[3]。因此路堤填筑的高度要依据路堤填料的附加应力，分析计算路基的承载能力，如果是承载力比较小的亚黏土地基和亚砂土地基，路堤填筑高度不能超过20m，对于承载力比较大的基岩地基和碎石土地基，填筑高度可以适度调高至20~30m。

2.3 路堤填料问题导致的路基沉降

该工程施工中路堤填料对地基产生很大影响，主要因为附加应力发挥作用，路堤填料的容量影响了地基承受的荷载，随着路堤填料容重不断增加，地基承担的附加应力超过承载能力，由此路基出现沉降[4]。路堤填料的变形模量也会影响沉降量产生相应的影响，随着变形模量增加，路堤沉降量就会降低。

通过对图1进行分析，明确路基沉降量的变化情况与路堤填料的变化情况存在一致性。在路堤填料的性质中，主要是解决容重问题。如果路堤填料的种类不同，沉降量也会产生不同的变化，但是多局限于2～20cm，地基土有不同的性质，沉降量差值能够达到100cm，对路堤填料的影响相对较小[5]。

图1 路堤填料与路基沉降量之间的关系

2.4 由于自然因素导致的公路路基沉降

自然因素是无法避免的，但出现问题必须采取有效的控制措施，否则会导致路基沉降问题。一些施工单位在高速公路施工过程中没有深入分析可能影响工程的自然因素，虽然在施工之前制定了技术措施，但不能合理地对主要原因进行计算分析，仅凭客观臆断进行判断，导致施工过程中受到各种客观因素的影响，特别是外在自然力导致路基沉降问题[6]。例如，当雨水渗入路基时，会影响压实质量。如果没有采取合理的预防措施，施工段的边坡可能产生滑坡问题，从而导致路基沉降频繁发生。

3 公路路基施工沉降的控制措施

3.1 做好地质环境勘察工作

在路基施工过程中，地质环境勘察工作非常重要，要分析当前路基项目施工现状，采取有效的技术管理措施提高路基施工质量。例如，当地基固结压缩后可能产生沉降，导致沉降的主要因素与地基条件、路堤填筑的高度以及路基断面形式直接相关，应重点考虑地基条件。因此，做好环境勘察工作，全面掌握地基条件是有效控制地基沉降的关键环节。详细分析地质勘测中获得的资料，对特殊地段需要重点分析，对地基的各项指标参数进行对比分析，找出变化的主要因素，基于此提出有效的地基沉降控制措施。

3.2 优化地基设计

可使用CFG桩控制地基沉降，先分析地基沉降量，掌握地基沉降量的变化情况，总结规律，再研究断面的形式采用离心模型对沉降情况进行分析，将地基沉降的规律总结出来，最后，结合各种地基设计方案，分析影响沉降量的各项指标，并评价沉降与规定是否符合，由此优化地基设计。此外，还可以采用强夯处理的方式控制地基沉降。首先，使用落锤冲击的方式对地基的上体实施压实处理，降低地基的压缩性，提高地基的承载力。根据不同的土体条件采用强夯法采取不同的加固深度；其次，计算深度结合使用设计锤重采用单击夯击能计算方法；第三，为确保加固深度准确，要分析影响加固深度的各种可能因素，现场试验结合实验室试验的方法，确定加固深度。结合信息技术使用强夯处理方法，实时观测相关参数，并做好测试工作，分析变形模量获得路基沉降量。

3.3 公路路基沉降施工中采用综合性施工控制措施

高速公路工程施工中，采用科学有效的控制措施才能避免由于路基沉降导致的工程质量问题。在对软土路基加固的过程中，使用砂土垫层法和强夯法相结合的控制方法效果较好。在砂砾地基施工段，细土的处理中采用这种方法可以起到加固地基的作用。使用砂土垫层法对砂土垫层结构进行处理，能够有效调节施工地基结构，使地基的强度满足施工要求，地基结构的支撑力足够防止地基变形。使用砂土垫层的方法还可以对施工区域上部进行排水，能够有效处理沉降问题，改善加固效果，也可以提高软土地基施工的强度。该施工方法使用重锤对填方进行夯击，使基础更加坚实，确保路基强度符合施工要求，同时加快基础施工的速度。强夯法使用的施工设备结构简单，使用方便，可缩短工期，有效控制施工成本。综合采用施工控制措施，可有效提高高速公路路基施工质量，最大限度地避免出现路基沉降现象的发生。

3.4 装载机液压冲击夯排除路基沉降

高等级公路通常的填土高度都能够达到4～5m，当路基施工中，高填方的路段往往会产生路堤整体下沉的问题。导致问题的原因有各种因素，诸如路基施工中存在自然沉降时间不足的问题，或施工中对路基施工压实不够的问题，导致压实度不符合标准；路基填料存在质量问题或长期处于车辆荷载作用下，影响路基的承载力而导致沉降问题。因此，采用直接夯实的方法或补强压实的方法，发挥液压夯实机的作用，可以消除分层碾压路基的固有缺陷，对人为因素导致的路基沉降问题也能够弱化。使用液压油缸提升夯锤到一定高度后，发挥重力加速作用，在动力作用下夯击土体，使基础填料产生强制压密。液压夯实机有很大的夯击力，夯击时释放的能量可达108kN·m，影响深度可以达到1～10m，夯实效果良好。

液压夯实机使用非常广泛，对回填物的压实施工效果良好，特别是在公路的新旧交接处施工中。为避免出现差异沉降，在不方便使用压路机、冲击压路机或者重锤式强夯机的情况下，液压夯实机的效果最为明显。