高速公路路基沉降及施工控制技術

劉莉

（鄭州路橋建設投資集團有限公司，鄭州 450000）

1 引言

路基施工過程中產生的沉降是影響公路建設質量的關鍵因素，沉降過大極易造成路橋過渡段出現較大臺階、填挖處不均勻沉降以及橋頭跳車現象。為此，施工單位在路基修筑過程中需要充分把控沉降量，對導致沉降的原因進行深入分析，并依據沉降監測數據采取合理的措施防治，為后續工序奠定基礎，避免通車時出現嚴重的路面病害。

2 影響路基沉降的因素

2.1 路基干濕狀態

路基干濕狀態極易受到天氣、季節的影響，路基填料的含水量隨地表水和地下水產生動態變化，造成路基土層的有效應力重組，繼而導致路基沉降。路基填料含水量過高是造成路基不均勻沉降的重要因素，當含水量超過一定范圍后，路基填筑材料的穩定性、強度都會急劇衰減，從而削弱路基結構的承載力和抗剪性能，導致路基沉降量過大，甚至路面斷裂、塌陷。

2.2 路堤填料

路基施工中采用的填料通常為路線附近的可用材料或者沿線挖方土體，因此，若不同路段的填料種類及配合比等物理力學性質差異性較大，會產生不均勻沉降。如果現場的路基填料的級配較差，且分層填筑厚度較大，則極易造成填料顆粒難以達到緊密狀態，在后續動靜荷載循環作用下，就會發生路基不均勻沉降；除此之外，填料中存在軟土、膨脹性土時，由于局部滲透系數較小，路基會出現局部排水受阻，繼而出現路基局部沉陷等病害[1]。

2.3 壓實度

若路基填筑材料的壓實度沒有達到技術要求，存在欠壓實情況，則在外界附加荷載作用下，填筑材料內部的應力狀態就會急劇改變，造成路基不均勻沉降及路面破壞。

2.4 側向變形

若路基填筑過程中缺少側向約束或者邊界約束不足，會使路基內部應力分布差異性過大，導致路基邊坡兩側的應力消散極快，出現嚴重的剪切破壞變形，繼而導致路基不均勻沉降。

3 沉降監測內容及方法

路基沉降監測的內容包括：路基填筑階段坡腳地表水平位移、地表沉降及隆起；路基填筑基底沉降速率、沉降量；路基表面沉降量。其中，對于路基表面的沉降監測，主要采用水準儀和沉降板進行；對路基頂部的沉降監測，可用于控制路基整體性能，為后續施工時間及沉降趨勢提供規劃和判斷依據，采用設備為水準儀和沉降樁；地表沉降監測的對象是路基外側土體，監測內容主要為地表垂直位移、水平位移，采用設備為位移觀測樁和全站儀，對地表水平、垂直位移的監測有助于控制施工沉降。沉降監測階段，技術人員需要保證現場測定數據的可靠性與準確性，當沉降監測數據超過一定上限時，要及時分析沉降超標原因，進行上報，并采取針對性解決措施[2]。

4 公路路基沉降施工控制分析

4.1 工程概況

河南省內某高速公路設計路線區域具備4 種地貌結構，即古河道高地、條形砂壟、洼地、黃河泛流平原，地層結構為第四系沖擊細砂層，上部土層為低液限性黏土，工程性質較差，成分主要為軟土、松散細砂、河道淤泥。公路設計沿線地形起伏程度較小、整體較為平整開闊，地下水水位較高，沿線地下水較為豐富，因此，該路段高速公路路基極易產生沉降變形。高速公路項目路基施工計劃周期為36 個月，設計路線全長達120 km，雙向四車道，設計等級為公路I 級，路基設計寬度為28 m，設計車速為120 km/m。

本文將K15+660~K16+760 段作為施工試驗路段，該試驗段全長1 100 m，填土高8~10 m，路基兩側邊坡以1∶1.5 的坡度放坡處理，填料為現場黏土；現場路基填筑設備為平地機1 臺、挖掘機2 臺、振動壓路機1 臺、運輸車輛若干、羊足碾1 臺。試驗段不良地質地形條件極易引發較大路基沉降變形，因此，開展沉降監測極其必要。

4.2 觀測斷面方案

4.2.1 斷面布置

沉降觀測工作主要為路基總沉降觀測，項目針對試驗段橋涵臺背、軟土地基、經過地基處理路段進行沉降監測斷面布置。其布置原則為：沉降觀測點需要布置在大、中型橋梁結構處，一般布置在橋頭引道，距離搭板2 m 處；涵洞也需要設置沉降觀測點，一般設置在涵洞背部，其中，沉降板的布置需要考慮涵洞與線路的交角，在地質情況相差不大且涵洞之間距離較近時，可以統一布置沉降觀測點；在涵洞基礎處理位置、一般路段、橋頭路基處理位置、橋頭30 m 至其余處理位置過渡接頭處，也需要布置沉降觀測點，其布置位置為離開接頭15 m以外，以便對不同處理方案進行沉降差異性分析。在一些測點密度較大、地質情況類似的位置，則可以統一布置測點；在一些工程地質分界線十分明顯的區域，需要在分界線兩側15 m位置處分別布置沉降觀測點[3]。

4.2.2 試驗斷面沉降分析

選取K15+700 斷面開展沉降分析，該斷面土質主要為低液限性黏土，層厚3 m，沉降觀測時間為2020 年2 月~2021 年6 月，至結束時間點，沉降板測定填土高度為10 m，沉降量、填土高度與時間之間的關系及沉降速率、填土速率和時間之間的關系如圖1 所示。由沉降觀測數據可知，路基填土前兩個月的沉降速率較大，此時主要是剛開始路基填筑施工，地基在荷載作用下產生沉降較大，也不排除斷面沉降觀測數據偏差；隨著填筑時間的延長，沉降速率趨向于穩定，填筑施工完成第6月時，填土速率控制較為穩定，此時沉降速率、沉降量有了較大的波動，主要歸因于路基填筑過程中遇見降雨季節，且填料自身有較弱的膨脹性，導致路基出現沉降擴增的態勢。

圖1 沉降、填土和時間關系圖

在路基填筑階段，沉降速率需要控制在10 mm/d，一旦沉降速率超過該數值，需要立即停止路基填筑工作。試驗段斷面附近的填筑需要緩慢進行，避免路基出現裂縫及失穩情況；當路基填筑施工完成后連續2 個月的路基沉降速率小于5 mm/月時，可以判定路基穩定性程度較高，此時路基材料和地基都已經固結完成。

4.3 樁網復合地基施工

4.3.1 施工方案

針對試驗段較大的路基沉降量及沉降速率，本項目考慮在全線黏土層較厚區域填方段采用樁網復合地基技術進行地基處理，并結合使用粉噴樁結構，在粉噴樁樁頂加鋪碎石層和土工格柵。其中，路基底部加鋪的土工格柵、碎石墊層的厚度為0.5 m，寬度為43 m，粉噴樁布置形式為等邊三角形，邊長為1.5 m，樁徑為0.5 m，樁長10 m。

4.3.2 現場設備

樁網復合地基處理中采用的鉆機具備反轉勻速提升、正向勻速鉆進特性，鉆機鉆頭直徑為0.5 m；分體發送器需要根據鉆機的提升速度、轉速、鉆頭類型將材料傳遞至地下；空氣壓縮機的選擇需要依據現場地基處理加固深度及工程地質條件；機械設備攪拌灰土混合料時，需要選擇合適的攪拌鉆頭，且鉆頭結構不能對鉆機提升反轉造成影響；現場計量裝置則主要用于粉體（生石灰粉、干NCS 固化劑）輸入量均勻性、連續性的監測，粉體輸入量的計算需要根據噴入水泥量進行。

4.3.3 施工工藝

首先，需要對路基施工場地進行平整處理，按照設計高程進行場地推平處理，為后續鋪網及打樁提供必要基礎；樁孔定位需要在實地樁位處標記；樁機就位，鉆頭調平對中，對加粉（生石灰粉、干NCS 固化劑）、鉆徑進行檢查記錄；粉噴樁施工，啟動空氣壓縮機實現送風效果，控制鉆頭設計深度時采取噴粉處理，需要鉆機一邊提升一邊開展攪拌工作；樁體施工結束之后，需要進行土工格柵的鋪設，第二層格網需要在首層填土填筑壓實后進行；路基上層填筑采取分層分段原則進行。施工過程中需要保持鉆頭在設計深度處滯留一段時間，以確保粉料能夠達到樁底。打樁階段，需要現場對樁體質量進行逐根檢查，對于質量缺陷明顯的樁體結構，需要補樁處理。

4.3.4 施工效果分析

經過樁網復合地基處理后，對全線布置的沉降監測點進行數據分析，填筑期地表測點沉降量數據見表1，沉降速率變化見表2。根據統計結果，全線沉降點測定的沉降量數據偏小；4~8 月前80%以上的測點沉降量小于10 cm；約14%的測點沉降大于10 cm；約12%的測點的沉降量在10~20 cm。表2 數據表明，5 月份沉降在3~5 mm/月的測點數量隨著時間的不斷延長而增加，表明經過地基處理后，路基沉降逐漸趨于穩定，且符合技術標準。

表1 路基填筑地表沉降測點分布

表2 沉降速率變化

5 結語

公路路基沉降需要得以加強控制，尤其需要對路基填筑階段的沉降影響因素進行有效分析，繼而針對性地開展措施處置。本文采取粉噴樁、土工格柵加碎石墊層的地基處理形式，能夠顯著控制路基沉降，在填筑階段5 月份前期就能達到沉降穩定狀態（小于5 mm/月），具備良好的應用效果，能夠為類似路基施工提供參考。