论公路沉降段的成因及施工关键技术

杨青山

（贵州省公路工程集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

受外界环境、施工技术条件等多种因素作用，新旧路基搭接部位、桥梁台背部位多发生差异沉降病害，影响道路行车安全性能、道路服役性能[1]。为消除公路沉降段不均匀沉降问题，该文结合多年道路工程施工经验，研究了公路沉降段的成因及施工关键技术，具有十分重要的现实意义。

1 路基路面沉降段的成因

1.1 路基填料差或压实不密实

路基填料性能是影响路基稳定性、路基压实性能的关键因素[2]。现阶段，为节约道路建设成本，路基填筑材料多为就地取材，但多数道路工程沿线黏性土分布区域广泛，土质工程性质较差，黏土路基在周期性冻融、长期车辆及自动荷载作用下蠕变，使道路路基产生差异沉降。

部分路段路基填料工程性质较为优良，但施工标准、施工方案、施工质量控制不严，致使路基填筑压实未按设计要求分层填筑碾压、填筑层厚过大、压实遍数不足等，路基压实度达不到设计或规范要求，引起路基不均匀沉降。

1.2 桥头沉降段结构设计不合理

路基与桥台接触部位是沉降病害多发地段，桥台搭板、引道结构设计不合理是桥头沉降段沉降病害的主要致病成因[3]。

桥头与路基结合部，多采用钢筋混凝土搭板法、加大配筋法平衡连接部刚度差异，消除桥头沉降段工后不均匀沉降发生的隐患。若桥头沉降段结构设计不合理、施工阶段处理不当，极易引发桥头与路基搭接部位差异沉降，车辆快速通过时会产生跳车等问题，影响行车安全。

1.3 桥头引道地基处治达不到要求

桥头引道路段，多采用搭板法、加筋土法等方法处理地基，抵消道路结构与桥梁结构刚度差，提升路桥引道部位整体性。其中搭板法是桥头引道地基处理应用最为广泛的方法，具有工期短、成本低、工艺简单等优势，可有效阻止桥头引道段沉降段发生，但受长期车载、重载交通作用，搭板结构常出现断裂问题，易引起行车安全隐患。

2 路基路面沉降危害

2.1 缩减路基路面使用年限

路基填方材料在长期行车荷载、自重荷载及环境因素作用下，会发生蠕变现象。普通道路路基填方材料工程性质、压实质量较为优良的情况下，基本不会产生大幅不均匀沉降；路基与桥头接触部位，由于道路结构与桥梁结构刚度、材料性能差异较大，路基材料蠕变作用下，道路、桥梁累积沉降差异不断扩大，使得路桥连接面出现差异沉降[4]。

随道路、桥梁连接部位沉降差异累积扩大，通行车辆驶过路桥接触部位，会频繁发生跳车现象，路面在长期车辆冲击下，导致道路、桥梁连接部位累积沉降会加剧扩大，引发开裂、坑槽等严重道路病害，缩短道路服役年限。

2.2 增大交通事故发生概率

沉降段道路凹凸不平，车辆通行过程中会发生颠簸、跳车等问题，诱发道路交通事故。研究表明，道路、桥梁接触面沉降差异超过15 mm 时，高速通过车辆会发生剧烈的摇晃、振动现象；若沉降差异超过30 mm，发生交通事故的概率会增加约60%。

3 路基路面沉降段施工关键技术

3.1 地基处理施工

为从源头上解决路基路面沉降段问题，施工前须根据施工地质条件、路基填料性质，科学选择路基土体改良、压实工艺，提升路基稳定性、承载能力；路基与桥台接触部位等节点部位，可采取多种措施消除道路结构与桥梁结构刚度差，及时修补断裂搭板，延缓路基填料蠕变对桥头段路基、桥头沉降差异扩张速度。

（1）软土路基施工、服役阶段，受自身荷载、车载作用，易出现侧向挤动现象，危害桥台、桥面结构性能。台背范围内，宜优先选用密度较低、工程性质优良的回填材料，减少路基沉降。

（2）挖除基底软土，换填工程性质优良的碎石土等土体，提升路基稳定性、承载力；软弱土层厚度超过3 m时，可采用碎石桩复合地基工艺进行路基改良加固，碎石桩按三角形布置，桩径设置在0.5 m 以上，间距控制在0.9 m，桩长根据土层深度、路基承载力设计要求确定，处理至坡脚外1 m 范围，示意图见图1。

图1 厚度大于3 m 的软弱土层路段碎石桩处理示意

（3）结构物台背地基采用CFG 桩加固，工艺示意图见图2。CFG 桩挤压桩周土体，与褥垫层形成复合地基；台背过渡段地基，可采用渐变桩加固，缓冲桥台、路堤沉降差异。

图2 CFG 桩处治台背地基示意

3.2 设置搭板

当前桥梁与路基过渡段施工，常采用桥头搭板结构的方式进行过渡，解决差异沉降问题[5]。由于道路结构与桥梁结构刚度差异较大，一旦道路结构部位搭板结构基底不实，在长期车载作用下，极易出现搭板基底空洞，造成搭板断裂。

（1）搭板结构设计的合理性对桥头、道路接触部位沉降变形具有十分重要的影响，为防止搭板基底沉降、板底空洞等造成搭板断裂，须根据道路路基填料性能、压实度要求等设计搭板结构，确保道路结构沉降至不超过设计允许范围。

（2）搭板尺寸作为搭板结构核心参数，对搭板结构沉降控制效果具有重要影响[6]。台背回填工区压实作业难度较大，压实度不易达标，搭板长度过小时，搭板末端持力部位位于欠压区域，极易沉降引起纵坡变化，必须根据台背回填区域划分设计搭板长度，见图3。

（3）施工阶段，压实工区施工节点较早，路堤固结沉降基本稳定，为防止路基沉降造成搭板纵坡过大，搭板长度必须覆盖欠压实区域。搭板理论长度计算如下：

式中，L——搭板长度（m）；H——台背高度（m）；b——回填区基底长度（m）；i——欠压实区与压实区界面坡度，一般为1 ∶1。

3.3 台背范围填筑施工

路堤沉降根据发生时间不同，可分为瞬时沉降、固结沉降、蠕变沉降3 类。台背填料工程性能、质量对路堤工后沉降影响较大，轻质填料自重较低，可增加土体压缩模量，减小填料自重作用产生的压缩变形。

路堤填筑施工阶段，可优先选择质地较轻、工程性质优良的填筑材料；填料设计选型阶段，选型原则如下：1）材料刚度介于桥梁桥台、道路路基刚度之间；2）材料结构致密、变形模量较低；3）透水性良好。

3.4 设置排水设施

环境水害侵蚀是路基沉降的主要诱发因素，若排水设施设置不当，会使道路积水，导致路基结构强度降低，引发路基沉降、坍塌、路面开裂等病害，严重影响道路服役性能[7]。

路基设计、施工阶段，必须根据线路沿线气候环境、排水设计要求等，设计、施作排水管道，确保道路排水通畅性符合设计及规范要求，防止积水侵蚀路基。

3.5 路基路面沉降监测

路基施工阶段，通过监测路面沉降数据，可准确评价道路施工质量及安全性能；若沉降率超过监测允许范围，也可及时分析沉降超限产生成因，采取合适的治理方法处理。

（1）路基沉降对道路服役质量具有重要影响，现阶段路基沉降观测仍以人工测量为主，测量精度、数据处理、数据管理等方面存在较多弊端[8]；路基沉降智能监测系统可实现路基沉降数据的观测、计算、存储、查询一体化管理，且具有沉降过程可视化功能；系统由系统硬件及功能软件部分构成，可通过互联网实时监测施工场地沉降情况，结构框图见图4；监测流程依次为：微压差dPi→液柱高差Hi→H0→沉降值Δ0，监测原理见图5。

图4 路基沉降智能监测系统结构框图

图5 路基沉降测量系统沉降测量原理图

（2）软土路基施工主要观测路基中心沉降率、侧向位移速率两个项目，要求中心沉降速率、侧向位移速率均不超过规范、设计允许值[9]。

（3）施工阶段，可运用沉降观测数据指导路基施工，确保工后沉降量不超过规范限值；某软土路堤中心3 个测点沉降数据见图6。由图6 可知，1 号、3 号观测点中心沉降数值均符合规范要求；2 号观测点前2 个月沉降均超过6 mm，需要采取一定的处理措施。

图6 某公路路堤中心3 个测点沉降监测值

4 结论

路基路面沉降段差异沉降处治是路桥工程施工重难点，沉降段地基处理施工前，必须分析路基填料性能，制定合适的地基处理方案，增强路基承载力，减少道路、桥梁接触位置沉降差异；搭板设计阶段，根据台背回填区域划分，合理设计搭板长度，确保搭板末端安置于压实区，并设置枕梁分散搭板末端应力，防止搭板断裂；路基施工阶段严格按照规范要求施作排水设计，保障路面排水通畅性，防止降雨积水侵蚀路基。总体而言，路基施工各阶段，都必须按照相关工序施工规范要求开展作业活动，从源头上减少工后差异沉降问题，保证道路服役性能。