高速公路路基沉降及施工技術(shù)

朱富杰 關(guān)軼文 謝曉東

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100012）

路基是公路的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，施工質(zhì)量會(huì)影響公路的整體通行水平，受施工技術(shù)、地質(zhì)條件等因素的制約，路基常出現(xiàn)沉降問(wèn)題，不利于公路建設(shè)工作的順利開展及公路的正常運(yùn)營(yíng)，凸顯路基施工技術(shù)的重要性。

1 工程概況

承建巴馬-憑祥公路巴馬至田東段合同段，起訖樁號(hào)為YK0+000～YK22+000，主線雙向四車道，整體式路基寬度為26 m，設(shè)計(jì)速度100 km/h，互通連接線設(shè)計(jì)速度60 km/h。路基施工量較大，挖方622.496 萬(wàn)m3、填方344.38 萬(wàn)m3。大橋平均4 080 m，共13座；中小橋平均529.3 m，共7座；天橋平均225.06 m，共3座；匝道橋平均2 901 m，共6座；隧道平均5.758 km，共2座，涵洞通道共92座。

2 高速公路路基沉降的主要原因

（1）路基土層的應(yīng)力作用。

高速公路跨越范圍較廣，沿線各路段的地形、地質(zhì)條件均存在差異，在分析沉降的成因時(shí)應(yīng)針對(duì)性考慮。路段處于不良地質(zhì)區(qū)時(shí)，應(yīng)充分考慮地基的基礎(chǔ)處理工作，如平整、壓實(shí)。受外界荷載的作用，路基應(yīng)力呈大幅度增加的變化趨勢(shì)，超過(guò)原固結(jié)壓力，誘發(fā)應(yīng)力變形。

相較固結(jié)壓力，若土基自重應(yīng)力小于該值，且兩者差異較小時(shí)，土基雖未受到外部荷載的作用，但在路基填筑施工的擾動(dòng)性作用下，導(dǎo)致土層超過(guò)固結(jié)應(yīng)力，隨之固結(jié)。若自重應(yīng)力偏小，給路基預(yù)留較大的應(yīng)力空間，在該受力條件下，會(huì)降低固結(jié)沉降的發(fā)生概率。

（2）填筑高度的影響。

填筑高度控制不合理時(shí)，易引發(fā)土基沉降問(wèn)題，且在路基出現(xiàn)側(cè)向位移的情況下更明顯，沉降概率將大幅度增加。相較原始狀態(tài)，土層內(nèi)剪應(yīng)力增加，路基會(huì)出現(xiàn)不同限度的損傷。

（3）施工方面。

①材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，如填筑料的規(guī)格存在差異，易影響路基填筑的平整性、穩(wěn)定性，填料間空隙加大，增加路基下沉概率。②施工工藝不合理，如未按照規(guī)范做好排水、加固等，易出現(xiàn)路基沉降問(wèn)題。③施工人員的工作態(tài)度、工作方法存在偏差，如未重視填筑厚度和壓實(shí)度的控制，在未經(jīng)許可時(shí)隨意更改施工工藝，易影響路基的施工質(zhì)量。

（4）地質(zhì)條件。

以濕陷性黃土路基為例，其在干燥狀態(tài)下的物理力學(xué)性質(zhì)較好，對(duì)水較為敏感，遇水后易出現(xiàn)路基沉降現(xiàn)象。對(duì)于承載能力偏弱的路基，若施工前未采取振沖置換等相關(guān)處理方法，直接在該處施工后，成型的路基易隨著地層的變化，發(fā)生變形、沉降等。

3 高速公路路基沉降的處置技術(shù)

（1）換填土。

軟土地基施工中，換填土是應(yīng)用較為廣泛的方法，其在厚度＜3 m的軟基中可取得較佳的應(yīng)用效果。施工中，應(yīng)明確待處理的軟基范圍，徹底挖除該部分軟土，換填砂礫、砂等材料。此類材料具有較好的排水性能，若施工現(xiàn)場(chǎng)存在豐富的地下水，仍不會(huì)影響路基的穩(wěn)定性。換填法具有施工便捷、施工成本較低等優(yōu)勢(shì)，有利于提高高速公路路基工程的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）固化劑處理。

固化劑可改善路基物理力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)需求摻入合適類別的固化劑后，可提高路基的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性，避免路基發(fā)生沉降。固化劑的類型包含固態(tài)、液態(tài)，具體需根據(jù)實(shí)際施工條件靈活選擇，土層僅為表面土?xí)r，以液態(tài)類固化劑較為合適；若地基沉降深度較大，可采用固態(tài)固化劑。

（3）灌漿。

針對(duì)大范圍的路基沉降問(wèn)題，可采用灌漿處理的方法，在壓力作用下將制備好的漿液注入路基內(nèi)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥漿逐步固結(jié)，與原有路基共同組成完整且穩(wěn)定的整體。

（4）豎向排水。

部分路基沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)與地下水有關(guān)，施工人員應(yīng)加強(qiáng)排水，可在地基內(nèi)布置塑料板或修筑砂井，并重點(diǎn)考慮排水設(shè)施的作用范圍，按合理的間距進(jìn)行設(shè)置。

（5）重錘夯擊。

以重錘為主要施工裝置，將其提升至指定高度后下落，路基在沖擊能的作用下將轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)密實(shí)的狀態(tài)。重錘夯實(shí)法的作用范圍較廣、作用力較強(qiáng)。在施工中需充分考慮其對(duì)周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的影響，避免出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。在制定施工方案時(shí)，施工人員需要組織試驗(yàn)，確定最佳施工效果下的工藝參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，編制科學(xué)可行的夯擊施工方案。

4 公路路基沉降的施工質(zhì)量控制措施

4.1 施工流程

精準(zhǔn)把控施工流程，有序完成高速公路路基的各項(xiàng)建設(shè)工作，具體如圖1所示。

圖1 高速公路路基施工流程

4.2 原地面處理

全面處理施工現(xiàn)場(chǎng)，清理堆積的樹根、雜草等雜物，若土質(zhì)呈松散狀態(tài)，應(yīng)采取壓實(shí)處理措施，使路基更具平整性、穩(wěn)定性。遇地基土不良地段時(shí)，可采用換填和加固的方法，直至路基滿足施工要求為止[1]。

4.3 路基填筑

（1）遵循“材料充分利用”的原則，將挖土方作為填筑材料使用，減少挖方土的外運(yùn)量、填筑土的采購(gòu)量。

（2）為了避免直接填筑施工的情況，應(yīng)提前組織填筑試驗(yàn)，制定科學(xué)可行的填筑施工方案，如填筑材料的類型、質(zhì)量要求、填筑厚度、壓實(shí)度等，為正式填筑提供指導(dǎo)。

（3）按照施工方案有序填筑，落實(shí)該項(xiàng)工作后，應(yīng)加強(qiáng)檢驗(yàn)，保證壓實(shí)度等指標(biāo)均可滿足要求。

4.4 攤鋪、整平

（1）攤鋪施工前，應(yīng)有效處理施工現(xiàn)場(chǎng)，使用推土機(jī)粗平，再使用平地機(jī)進(jìn)行終平，確保經(jīng)過(guò)處理后的場(chǎng)地具有平整性。

（2）攤鋪過(guò)程中，為了提高路基的排水效率，應(yīng)將兩側(cè)設(shè)置為傾斜狀，根據(jù)要求及現(xiàn)場(chǎng)施工條件合理調(diào)整橫向排水坡的坡率，通常該值以2%～4%較為合適。

4.5 填料含水率控制

填料質(zhì)量會(huì)影響路基的穩(wěn)定性，填料的含水率較為關(guān)鍵。在路基填筑施工前，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)填料含水率的檢測(cè)，與設(shè)計(jì)要求展開對(duì)比分析，判斷其是否滿足要求。若含水量偏高應(yīng)進(jìn)行晾曬處理；若含水率偏低，應(yīng)適當(dāng)灑水，直至含水率滿足要求。

4.6 碾壓

路基壓實(shí)作業(yè)采用振動(dòng)壓路機(jī)，在鋼輪的振動(dòng)作用下，減小土層中的空隙，使土層由疏松逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐?shí)狀態(tài)。路基壓實(shí)施工中，采取先邊緣后中間的順序，遵循“先慢后快、先靜壓后振動(dòng)碾壓”的原則，施工人員需密切關(guān)注輪跡重疊量，根據(jù)所得結(jié)果調(diào)整壓路機(jī)的運(yùn)行姿態(tài)[2]?？v向碾壓時(shí)，縱向相鄰各行的重疊量以0.3～0.5 m為宜。為了保證路基的質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)管理人員應(yīng)合理指揮，督促施工人員正確操作，避免遺漏、偏壓，保證路基的壓實(shí)度和穩(wěn)定性。

4.7 沉降監(jiān)測(cè)

為了準(zhǔn)確掌握路基的沉降情況，應(yīng)采取合適的沉降監(jiān)測(cè)方法，需要考慮的指標(biāo)包括水平位移量、沉降量、土壓力、孔隙水壓力等，根據(jù)所得數(shù)據(jù)對(duì)路基的沉降情況做出判斷，并預(yù)測(cè)其后續(xù)的發(fā)展趨勢(shì)，以制定完善的施工方案，有效控制路基沉降，使路基可維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。路基施工后，沉降為重點(diǎn)的控制對(duì)象，其在不同等級(jí)公路中的要求存在差異，且需考慮各類工程位置，具體如表1所示。

表1 高速公路路基沉降要求 單位：mm

（1）沉降的監(jiān)測(cè)。

以分層沉降標(biāo)和沉降板為主要裝置，密切監(jiān)測(cè)路基的沉降量，重視填土高度較大、地質(zhì)條件較差等特殊路段。遇軟土地基時(shí)，需在墊層頂填土前落實(shí)測(cè)量裝置的埋設(shè)工作。

（2）水平位移的監(jiān)測(cè)。

在表面土的監(jiān)測(cè)工作中，邊樁觀測(cè)法是較為可行的方法，提前將觀測(cè)儀器埋設(shè)到位，以便后續(xù)可快速監(jiān)測(cè)。針對(duì)內(nèi)部土體，應(yīng)優(yōu)先采用測(cè)斜管法，利用鉆機(jī)鉆孔，安裝彎曲性能較好的測(cè)斜管，此方法在軟土地基中具有可行性，可使取得的位移監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠[3]。

（3）孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)。

孔壓計(jì)是可行的裝置，自砂墊層底部開始埋設(shè)，由專員操作及時(shí)采集數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)儀器可通過(guò)挖坑的方法穩(wěn)定置于路基內(nèi)，為了減小對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的不良影響，需確保挖槽底具有足夠的平整性、密實(shí)性，同時(shí)宜采取水平布設(shè)的方法，將壓力計(jì)安裝至指定位置。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，路基沉降是高速公路中較為常見的問(wèn)題，其對(duì)路面的影響較大，應(yīng)重視路基沉降問(wèn)題并加強(qiáng)質(zhì)量控制。在高速公路工程中，工作人員應(yīng)明確現(xiàn)場(chǎng)條件，合理應(yīng)用施工技術(shù)，并加大質(zhì)量控制的力度，及時(shí)解決路基沉降問(wèn)題，確保路基在施工階段及后續(xù)的運(yùn)營(yíng)階段均可維持穩(wěn)定。