高填方路基不均勻沉降的機理分析及防治措施

王滿瓊 （太湖縣農村公路管理局，安徽 安慶 246000）

1 工程概況

某縣鄉公路，地形地貌為跨越崇山峻嶺，設計路線線位高，有的高填方達8m～10m，填挖交錯，且不規則，其中不少為三面環山的斷面。

2 沉降機理分析

由于影響高填方路基的沉降因素眾多，需進行綜合分析，才能得出合乎實際結論。高路基沉降有兩方面：一是地基本身的沉降，地基承載力有限的，在填土路基初期沉降類似彈性變化形式，由于上面重力的持續作用，其承載力進入強化階段，高填方路基的自重對下面土體結構造成破壞，其土顆粒在外力作用下重新排列組合；二是填土自身的壓縮變形，使的土顆粒間結構體位發生變化，進而導致發生沉降。

2.1 土的壓縮性

根據土力學理論可得，路基的沉降取決于土的壓縮性，由壓縮系數表示。壓縮性和土的孔隙率及土壓力有關，土顆粒粒徑和含水率決定了孔隙率的大小，土壓力則取決于土的容重、填土高度，因此分析可知路基總沉降量與土的土質、填土高度以及土體壓實程度有關。一般來說，填料粒徑大，土質含水量高，壓實度差，路基總沉降量就大;隨著路基總高度的增加，路基的自然沉降量亦會變大。不同土質的沉降穩定期亦不相同，而土體的壓縮表現為土的孔隙比減小，由土體中孔隙水排出速度決定，因此填料的透水性對土體的壓縮有很大影響。

2.2 路基壓實對其強度和沉降的影響

在高填方路基段，隨著地基深度的增加，活荷載對地基的壓縮影響逐漸減小，然而恒荷載對地基的影響越來越大，因此施工時額外注意土體自重對地基的影響，提高土體的承載力，壓實度根據實際現場要有適當的提高。

2.3 高填方路基剪切強度

土力學可知：f＝c+tanα，f為土體剪切強度，c為土顆粒間的凝聚力，α為土顆粒間的內摩擦角。

粘性土顆粒間的內摩擦角很小，剪切強度主要靠凝聚力，而砂土的凝聚力很小，主要靠內摩擦角來支撐。粘性土的凝聚力主要由原始粘聚力和固化粘聚力兩方面組成:

①原始粘聚力,由土粒間水膜與相鄰土粒之間的分子引力所形成的粘聚力，隨著土壓實程度的提高而增大；

②固化粘聚力，由土中化合物膠結作用而形成的粘聚力，與土的壓實度有關，研究表明:當士在最佳含水量下壓實到最大干密度時，土體的抗剪強度最大。

2.4 路基壓實與沉降量關系

路基壓實的不足直接影響路基的強度與變形能力，極容易造成縱向裂縫和沉陷。土的壓實度與土的含水量和干密度等有內在聯系。經過試驗可知，含水量小時，干密度小;隨含水量增大，干密度逐漸增大，當含水量為最佳含水量時，干密度達到最大值;其后含水量再增大，干密度又減小。

壓實功是影響壓實效果的一個重要指標，指壓實機具質量、碾壓次數或垂落高度、作用時間等對壓實效果的影響。壓實功越大，土的最大干密度越大，最佳含水量越小。

路基完工后，壓力隨著時間的作用，慢慢擠出土體中的水分，土體逐漸壓縮導致路基產生沉降；路基施工時雖達到了壓實要求的最佳含水量，但壓實功不夠，當上覆壓力大于施工時的壓力而使土體變形，路基結構就會發生沉降。

因此，施工中可以增加壓實功，以提高路基強度或降低最佳含水量。但是，增加壓實功提高土基強度的措施有限度，達到一定限度后，效果反而不明顯，而且不經濟，不僅會破壞土基結構，而且使得相應含水量減小導致土的水穩定性變差，故施工時不能盲目的增加壓實功來提高土的穩定性，實際中，控制土的最佳含水量要比增加壓實功的效率高。

3 防治措施

3.1 填挖交界處壓實盲區處理

路基沉降量大，壓實不到位是首要主因。通過從機械設備和壓實工藝著手，在施工現場不斷試驗、比較、改進，使得填挖交界處沉降量大的質量缺陷得到有效改觀。

3.1.1 壓實設備選擇

山區填方以土石混合料為主要填料，采用振動壓路機和沖碾式機械進行強夯，但受地形限制、施工斷面小，填挖交錯，壓實效果差。通過對項目現場不斷試驗改進，分別采用了沖碾式、落錘式、液壓式強夯機械設備，通過逐個比較，交叉組合，最終選用液壓式和落錘式強夯組合，有效提高路基的承載力及壓縮模量，形成比較均勻的、密實的路基。

3.1.2 增加強夯斷面

填挖交界處路基采用強夯，原設計在路床底進行一次強夯，通過同質監、業主、設計和監理單位共同研討，增加每8m強夯一遍。

3.1.3 壓實方法改進

因山區路基施工碾壓斷面小，采用常規的順路基向施工，存在臺階根部壓實不到位、壓實不充分的現象。采用環形壓實方法，再結合液壓式碾壓設備，有效的避免了端面壓實不到位現象。

3.2 合理開挖山體臺階

常規開挖方式以爆破或機械破碎錘施工為主。爆破施工過程中振動劇烈，對山體擾動大，易造成臺階內傾角和臺階尺寸不規則，對臺階結構破壞性較強。破碎錘對硬質紅砂巖鑿除效果差，進度緩慢，臺階尺寸難達到設計要求。

改進的靜態爆破方式，靜態爆破可根據需要爆破效果，按照現場巖石臨界面，通過在巖石上精確的放樣、布孔，可以較精確的控制臺階的內傾角及具體尺寸，增大路基與山體的摩擦力和具體搭接寬度，對山體擾動小，臺階結構完整性強。

3.3 埋設小導管，反挖處理

施工中均未發現泉眼，經過仔細調查研究，發現在山區，因雨水充沛且集中在4-8月份，山體有很多微裂縫，平時無滲水，在山體飽水的情況下，會沿裂縫滲流，如果全部采用碎石盲溝成本增加過大。

通過對已完成的路基進行開挖調查，發現部分山體在填挖交界處存在積水，影響路基的施工質量。

采取在填挖交界處設置帶孔洞的小導管，周圍有碎石包裹，在降雨后對小導管進行監測，對有滲水情況的路基進行處理，增設碎石盲溝，將水排出路基，有效控制造價同時，確保了路基質量。

4 結語

結合本次工程實踐，分析了地基不均與沉降的機理，采取了一些創新防治措施，有效減小了路基沉降量，避免了高速跳車、路基裂縫、路面積水等現象的發生，增加了行車的舒適度，有效的降低了事故的發生。同時路面裂縫減少，也節約了后期運營養護的成本，為公路建設質量控制提供了一條新的方向。

總之，對于高填方路基不均勻沉降病害，要不斷總結經驗，加強科學研究，查明產生的具體原因。同時要嚴格按規范設計與施工，采取行之有效的預防和治理措施，從根本上降低高填方路基不均勻沉降的發生和發展，從而有效增強高速公路的使用功能，延長其有效使用時間和提高其使用效率。