湿陷性黄土地区桥头路基不均匀沉降的原因及处治措施

樊宏刚

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730010）

0 引言

黄土一般分为非湿陷性黄土和湿陷性黄土。而湿陷程度可以进一步分类，根据黄土湿陷变形量可划定非自重湿陷Ⅰ、Ⅱ级，自重湿陷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级[1]。湿陷性黄土是一种浸水后土体结构破坏而发生显著变形的土[2]，土体变形往往是由上覆土层的重力或在自重应力和附加应力的共同作用下形成的。与其他土质相比，这类土体结构疏松，土质均匀，孔隙较发育，土体干燥时，强度往往较高，不易压缩，但如果受水浸湿，在一定压力下土体结构则会迅速破坏，产生较大的附加沉降，强度也会迅速降低。

在湿陷性黄土地区建设公路桥梁中，一定要重视桥头路基的不均匀沉降，这是公路工程的质量通病之一，会影响着公路的正常运行。本文就此深入分析桥头路基不均匀沉降产生的原因，并针对性地采取处治措施，以减少工后沉降，保证行车舒适性，提高公路服务水平。

1 湿陷性黄土地区公路桥头路基不均匀沉降的原因分析

湿陷性黄土地区公路桥头路基沉降主要表现为两类：

（1）路基填土本身的压缩沉降，随着时间的增长和行车荷载的作用，路基填土完成固结，结构越来越致密，引起沉降；

（2）路基底部原地基的沉陷，主要是原地基的承载力不足，在路基重力作用下导致的沉陷。

无论是哪一种沉降，都离不开水的作用，黄土遇水之后，内部结构破坏，引起沉陷，地基承载力相应降低，导致沉降病害的产生。因此，湿陷性黄土地区桥头路基排水设施不完善导致路基或地基浸水湿陷，是引起桥头路基不均匀沉降的根源，具体原因可以从不同角度进行分析。

1.1 桥头路基过渡段渗水

湿陷性黄土地区路桥过渡段渗水是引起路基不均匀沉降的主要因素，而桥头排水设计一直是建设过程中的一个薄弱环节，未能引起公路建设者的足够重视，主要表现在以下几个方面：

（1）过渡段路基边缘或边坡坡面防护构造物排水设计不完善或施工缺陷，导致路面汇水不能及时排离而渗入路基，引起路基的不均匀沉降。

（2）由于路桥衔接处缝隙不可能消除，位于下坡段的桥头路基，路面汇水沿纵坡排向桥头渗入路基，导致路基填土浸水引起沉降。

（3）桥下铺砌或排水渠与桥台接缝处施工不完善导致雨水下渗，而桥台基坑回填压实度难以保证，水分通过桥台基坑渗入台背路基或地基，引起黄土地基湿陷沉降。

（4）桥头搭板在施工过程中未保持平整，公路通车运营后在行车荷载的反复作用下，搭板与基层接触面应力集中，导致路面基层破损，路面面层开裂浸水，引起过渡段路基不均匀沉降。

（5）柱式桥桥前锥坡处浸水，水分通过桥头锥坡填土横向渗入台背路基（如图1所示），引起台背路基填土含水量过大，浸水湿陷沉降。

图1 柱式桥桥台锥坡处渗水示意图

（6）路基坡脚排水设施不完善或缺陷（如图2所示），地表汇水渗入黄土地基，引起地基湿陷沉降。

图2 排水设施不完善引起路基沉降示意图

1.2 地基勘察设计不到位

工程勘察过程中，布置钻孔过少或实验数据不充分，未能准确判定黄土湿陷性等级或场地类别，导致在设计中对湿陷性地基处理措施不当甚至遗漏，成为桥头路基沉降的另一个主要因素。

1.3 路基填料控制不当

（1）路基填料存在一些其他杂质，比如路基填料中掺杂了劣质土，如腐殖土、泥沼土等，导致填料不纯，这类土强度低，水稳性差，在雨季易引起路基变形或沉陷破坏；（2）不同土性质不同，如果填筑方法不当或含水量控制不佳，碾压成型后易造成不均匀沉降。

1.4 施工过程质量监测不到位

在施工过程中，由于天气、施工工艺、实际地形及工期等因素，对路基过渡段的施工顺序、填料级配及含水量、压实度等未进行严格控制，施工中隐蔽工程的质量监测不过关，也给桥头路基不均匀沉降埋下了隐患。如部分桥头路基过渡段位于纵、横向填挖交界处或U型桥台等，工作面较小，施工过程中其压实度往往难以保证，所以路基会在工后产生较大沉降，行车荷载反复作用下会产生较大变形，影响行车的舒适度甚至运行安全。

2 湿陷性黄土地区桥头路基不均匀沉降的控制措施

2.1 湿陷性黄土地基处治

根据相关公路设计规范[3-4]中对湿陷性黄土地基处理深度的要求，按地勘报告揭示的桥头地基湿陷性等级情况，可选择不同的方法进行处理，比如换填灰土垫层、强夯或挤密桩等。

2.2 桥台台背路基排水设计

由于黄土遇水湿陷是引起黄土地区桥头路基不均匀沉降的根源，因此完善的防排水设计至关重要。

（1）填方路基边缘根据路拱横坡设置拦水带汇集路面水，通过边坡急流槽排入路基坡脚排水沟，尽可能杜绝路面水通过路基边缘渗入路基；路肩处均设置碎石排水层，以排除路面下渗至封层顶面的滞留水，路肩边缘排水设计示意图如图3所示。

图3 路肩边缘排水设计示意图

（2）填方骨架护坡设置泄水槽，这样方便坡面的汇水能够迅速排离路基；在防护工程施工时，要衔接好边坡急流槽，使路面水顺利排走。

（3）在柱式、肋板式桥台台背耳墙范围内设置级配碎石排水层，台帽底设置级配碎石盲沟，以排出台背积水。

（4）施工时，对于桥头搭板底部的路基，要严格把关其平整度和压实度，确保搭板坐实，不留悬空。

（5）柱式台桥头锥坡采用全封闭式现浇C20混凝土护坡防护，护坡内设置防裂钢筋网防止混凝土开裂破损，避免雨水渗入路基。

（6）路基坡脚设置纵向排水沟，边坡急流槽必须顺接至排水沟，为方便排水，坡脚护坡道必须夯拍密实，并设置向外3%的横坡；排水沟外侧迎水面设置灰土隔水墙，防止地表汇水通过排水沟底部渗入路基，如图4所示。

图4 路基坡脚灰土隔水墙及排水沟示意图

2.3 路基压实度控制和填料的选择

在湿陷性黄土地区，砂、砾类土往往较为匮乏，一般路基大多采用黄土填筑，而石灰改良黄土具有水稳性好、强度及刚度大、沉降小、便于施工等特性，因此采用石灰改良黄土填筑路桥过渡段可达到较好的效果。

过渡段路基压实度要求不低于96%，原地面以上路基填料每填筑1m采用高速液压夯实补强，不留死角，确保台背各部位压实度均满足规范要求。

2.4 合理设置过渡段长度

参照《公路路基设计规范》[3]，过渡段长度按L=（2～3）H+（3～5）m计算，式中H为路基填土高度，设计及施工中必须保证过渡段长度满足规范要求。

2.5 加强施工管理

在施工中应采用成熟的施工工艺，严格按照施工顺序合理配料。首先，路基过渡段大面积施工时要不断抽查，以规范施工行为，保障施工质量。然后，在压实阶段，由于过渡段一般较为狭窄，对于碾压机无法彻底、充分碾压的区域，要采用人工夯实或高速液压补强压实，确保过渡段施工质量合格。

3 工程实例

3.1 工程概况

甜永高速路按照双向四车道高速公路标准建设，路基宽度25.5m，设计速度80km/h，荷载等级为公路-Ⅰ级。芦草湾大桥N号、0号桥台背过渡段地基湿陷等级为Ⅲ级（严重），湿陷厚度15m。

3.2 芦草湾大桥台背路基综合处治措施

芦草湾大桥台背路基综合处治方案示意图见图5，具体措施分析如下。

图5 芦草湾大桥台背路基综合处治方案示意图

（1）湿陷性黄土地基处治。根据黄土地基湿陷性等级及需要处理的深度范围，对本段桥头路基采用灰土挤密桩处理。灰土桩桩身采用2:8灰土，桩位呈等边三角形布置，桩径0.4m，桩中心距1m，桩长6m，路基坡脚线外2m以内的范围均应处理。施工试桩时，具体桩间距由当时黄土的干密度和所需的最大干密度确定。桩长根据地表水和施工水渗透影响范围内湿陷性土层确定[4]。

（2）路基填料及压实度控制。桥头路基过渡段采用5%灰土填筑，压实度要求不小于96%，原地面以上路基填料每填筑1m压实至设计要求后采用高速液压夯补强压实，确保台背各部位压实度均满足规范要求。

（3）桥头锥坡封闭式防护及相关排水设计。桥头锥坡采用全封闭式现浇C20混凝土护坡防护，护坡内设置Φ6 钢筋网防止混凝土开裂破损，避免雨水渗入路基。桥台台背耳墙范围内设置60cm 厚级配碎石排水层，排水层与路基衔接面包裹一层透水土工布，台帽底面设置50cm×60cm级配碎石横向盲沟，盲沟两侧及底部包裹复合土工膜防止渗水，盲沟中下部埋设100mm 软管以排离台背积水。

3.3 处治效果检测

灰土挤密桩成桩28d后，选定芦草湾大桥台背有代表性的试验点开展静载试验，检测复合地基承载力，结果见表1。静载试验分级加载，最大加载值为400kPa。

表1 试验点单桩复合地基静载试验结果

通过检测，灰土挤密桩复合地基在2倍设计荷载加载情况下，最大沉降量为13.92mm，满足现行规范要求。通过复合地基承载力静载试验，最大加载量可增加到400kPa，在加载过程中没有发现沉降突变等现象，即地基承载力极限值可取400kPa，单桩复合地基承载力可取其1/2值，即200kPa。

4 结束语

通过对湿陷性黄土地区路基不均匀沉降产生的原因进行深入分析，从设计、施工、监理等方面提出了相应的对策，并以具体工程为例，总结了湿陷性黄土地区公路桥头路基过渡段的综合处治措施。通过试验检验及观测，结果均满足设计及规范要求，说明该综合处治措施对于湿陷性黄土地区桥头路基是适宜的，也是成功的，可为类似地区提供借鉴。