山區高速公路路基差異沉降特性與控制措施研究

陽 威，楊宗敏

（湖南省懷化公路橋梁建設總公司，湖南 懷化 418000）

0 引言

前些年我國在平原地區修建的高速公路已能滿足國民的需求，而現階段我國將修建高速公路的重心轉向了西部等一些多山地區。山區的地質結構比較復雜，地形起伏比較劇烈，修建高速公路時經常會出現沉降差異等問題。一旦出現沉降差異，就會損壞公路結構，并且公路路面也會出現裂縫。在這種情況下，公路的使用壽命就會減少。

1 工程概況

某高速公路長147.424 km，以山嶺重丘區為基礎，有很多高填方的涵洞，最高可以在涵洞的上方20 m處進行填充。在路基進行工程建設時，可以在橋附近的20 m處建立非強夯區，從而降低影響構造物的力度，這個地區和附近地區地基的壓實度有著明顯的區別，而且涵洞的頂部極易發生沉降現象。

2 路基差異沉降的機理分析

2.1 路基壓實度不足引起的差異沉降

路基如果沒有充足的壓實度，那么路基的附近就會有比較低的壓實度，從而發生沉降現象，也就是位于路基中部的沉降小于附近的兩側路基，若是出現雨水沖刷，這種現象就會更加清晰[1]。一旦出現這種狀況，那么沉降差同時會伴隨著錯臺及沉陷的現象出現在行車道硬路區域。

2.2 高路基邊坡滲流引起的差異沉降

高填方的路基如果受到雨水的浸泡以及沖洗，那么對于邊坡的穩定就會產生直接的影響。

2.3 軟土地基引起的差異沉降

路基兩側慢慢地降低附加應力，最大的附加應力位于路基的中部，從而導致軟土地基的產生。所以兩側小而中間大的形式就是軟土地基出現沉降的表現，如果這種方式出現在具有很大荷載的填方作用下，將會更加清晰地顯現出沉降的趨勢。軟土地基在工程建設期間是不可能完全結束固結沉降的，尤其是次固結沉降，所以工程建設結束后的沉降形式就是盆腔形的兩邊小、中間大。就像K0+500～K30+500高速公路，其地處平原地區，整體的路基不高，同時包含的軟土地基有15處，有時候通車會有損壞基層、面板錯位、地基下沉以及斷裂的情況出現。

3 路基差異沉降處理措施

3.1 原地形、地質條件下的差異沉降

高速公路具有復雜的地形和多樣的地質結構，填料和地基具有比較大的區別，在涵洞、通道等結構物處原地基與經過處理的結構物基礎之間剛度存在差異性，并且如果地基的承載能力較低，就會更加清晰地顯現出差異。在地基的荷載條件下，地基的承載能力不一樣，就會產生不同的沉降量，最終導致發生沉降的現象，若不及時處理，路面和路基的構造就會因為沉降現象出現損壞，針對該高速公路沿線不同土質及涵洞頂部不同填土高度建立路基模型，從而分析沉降在原地質、地形條件下的差異，最終結果見表1。

表1 沉降在原地形、地質條件下的涵洞頂部路基的差異

3.2 工程設計方案的差異沉降

3.2.1 涵洞處地質狀況及原工程方案

涵洞的試驗段是由沖洪的礫石以及卵石組成的，同時包含的細粒石包含亞砂土、亞黏土等，該地基具有穩定的基礎以及良好的土質。在隧道和土場進行洞渣材料的取用，這就是土石混填的路基。

要降低路堤竣工后的沉降現象，那么對于這個高速公路的路基就要進行大于10 m的高度填充，每填筑4.0～4.5 m進行一次強夯處理，路堤的標準是壓實度大于93%（路面底面150 cm以下）的路面地面。與此同時，為了避免構造物由于強夯施工造成的不良因素，應該將非強夯區建立在涵洞以及橋梁的兩邊。非強夯區長度為（2H+5）m（H為橋臺或涵洞高度），試驗段非強夯區長度為20 m。非強夯區內路基壓實度不小于96%，對于取消強夯的路段，路基每填筑4 m鋪設一層土工格柵，如圖1所示。

圖1 原工程的格柵布置示意圖

3.2.2 原工程方案分析

將通道的左側作為實例，非強夯區所處范圍在20 m以內，具有比較低的壓實度，且地基所受的強夯作用小于鄰近區域，其承載能力比處理過的地基的承載能力低，所以這個區域具有比較大的沉降量，差異沉降的現象極易發生。以原工程的方案為基礎，將土工格柵建立在非強夯區和強夯區相結合的地方，這樣對于沉降現象的降低并不能充分發揮土工格柵的功效[2]。

3.2.3 改進方案差異沉降

原工程的方案對于涵洞頂部產生的沉降無法進行有效的降低，所以應該調整原方案，將土工格柵的作用充分發揮出來。通過分析結果可知，土工格柵在涵洞的兩邊無法充分發揮作用，就可以取消建立土工格柵從涵洞的頂部一直到強夯區，意味著在較低的沉降地區固定格柵的兩端，從而限制非強夯區的沉降現象；與此同時，可以將鋪設格柵的距離縮小，涵洞的頂部區域以0.7 m、1.4 m、2.0 m的距離進行格柵鋪設。鋪設格柵如圖2所示。

圖2 通道處的格柵處置方案示意圖

通過分析，將整改的格柵方案運用于實踐，相比原地質、地形而言，涵洞頂部降低了37%～47%的沉降量，路基高于涵洞頂14 m的區域也可以明顯地看出沉降的減少，所以加筋的土工格柵對于降低沉降具有很好的作用。

4 控制措施

4.1 強夯法差異沉降的處治

山區具有較復雜的地形和較大起伏的地勢，很多因素制約了道路的選線，所以在進行山區高速公路建設時，路基填充工作的比例就比較高，山區高速公路出現沉降的關鍵原因之一就是路基的填充。當前，強夯法是最常用于路基高填及差異沉降的方式，具體包括動力置換、動力夯實以及動力固結，主要特點就是破壞天然結構從而起到穩定結構的作用。

（1）動力固結。黏性土用強夯法進行處理時，在土中有極大的沖擊力，從而有應力波產生，將土體本來的結構破壞，使土體局部發生液化，產生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利流溢出來。將孔隙水的壓力消散后就發生土體固結的現象。

（2）動力夯實。通常用于粗大顆粒以及空隙多的非飽和土。是動應力以及沖擊波在土中進行傳播瞬間破碎顆粒的一種相對運動，其會快速排出土中的氣體，減小壓縮的空隙體積，從而形成密實的路基結構[4-5]。

4.2 構造物處差異沉降的處治

（1）將土工格柵鋪在構造物區域，可以均勻分布以及擴散路基的應力，從而提高路基抗剪切的力度。

（2）涵洞區域通過土工格柵處理沉降，可以對土體進行加筋，可以更加協調地進行路基的變形。把涵洞處理沉降的方法作為示例，原來的工程設計方法可以降低12%～25%的沉降，調整后就可以降低37%～47%的沉降，具有明顯的效果。

（3）采用土工格柵對涵洞處差異沉降進行處理，土工格柵與涵洞的頂部越接近，則越易充分發揮作用，當每層的密度大于4 m時，就有大概10%的沉降降低。在實際工作中，一般在4 m內的密度進行鋪設土工格柵的工作[3]。

5 結語

綜上所述，地質、地貌以及公路的線性對于在山區建設高速公路都具有限制性。常見的就是斜、彎以及坡的高架橋及路基的深挖，因此所有路基路面都具有的問題就是穩定性。本文主要針對山區高速公路，通過結合實際工程，分析了沉降差異出現的原因，根據沉降的種類提出適宜的解決方案，將切實可行的技術指導以及理論根據運用于建設山區高速公路中。