路基沉降的原因及處理措施

方艦

（貴州遵義路橋工程有限公司，貴州 遵義 563000）

1 路基沉降的發生機理

土體是由空氣、水、土顆粒等物質組成的復雜的混合物，而空氣為氣態，水為液態，土顆粒則為固態，對于三種不同形態組成的混合物其壓實過程也比較復雜。土體壓實過程中須先排出土體中的空氣，接下來排出土體中的孔隙水，最后擠壓土體顆粒增加其黏聚力及摩擦力，以提高土顆粒的密實度。此時由于土體的密實度加大，因此空氣、水被排出的速度也會下降，土體壓縮的速度也隨之放緩。具體分析路基的沉降變形可知其主要包括瞬時沉降、固結沉降、次固結沉降三個階段。

一是瞬時沉降，當路基土體剛開始加載外部荷載時會出現瞬間的沉降變形，此時土體中的孔隙水無法在一瞬間排出，土體會出現剪切變形，路基的荷載施加方式、速率等均會對路基初始沉降的大小產生直接影響。

二是固結沉降，其發生于土體中的孔隙水開始排出時，超靜孔隙水壓力消散引起沉降變形，也被稱為主固結沉降，是路基土體沉降的主要部分，此時主要是土體體積出現變形，也有極少數情況下會出現剪切變形。

三是次固結沉降，當土體孔隙中的孔隙水完全排出時，超靜孔隙水壓力完全消散，此時土體骨架會發生變形，即次固結變形，該階段有效應力已不再發生改變，因此次固結沉降速度十分緩慢，且會持續較長的時間。

沉降變形的瞬時沉降、固結沉降、次固結沉降三個階段發生的沉降量的總和即為路基的最終沉降量。在路基沉降過程中雖然不同的階段有不同的沉降，但每個階段的沉降并不能做出細致區分，且不同的土質也體現出不同的沉降特點，比如軟黏土固結沉降所需的時間要短于其他土質；普通飽和黏土則以固結沉降為主，基本不會出現次固結沉降，瞬時沉降量也極小；飽和軟黏土沉降大部分為次固結沉降。具體工程中要根據黏土性質進行有針對性的分析[1]。

2 道路工程路基發生沉降的主要原因

道路工程路基發生沉降的原因十分復雜，多種因素均會對路基沉降產生不同程度的影響，其中最常見的原因主要包括以下幾個：

首先，地理位置因素。隨著我國公路建設網絡的不斷完善，很多復雜地勢環境也覆蓋了交通網絡，比如山地、高原等，這些地區地勢有著明顯的起伏，道路工程建設過程中需要先抬高路基將地勢整體鋪平，保證道路運營過程中的行車安全。然而，抬高路基無疑增加了路基發生不均勻沉降的風險，且處于復雜環境中的道路工程使用的填料、施工方法可能存在不適宜當地地質環境的問題，又進一步導致路基出現不均勻沉降。

其次，水文因素。上文中提到土體中包含水分，路基沉降過程中需要將土體孔隙中的水分擠壓出來，而道路工程如果處于地下水位偏高的位置，土體中的含水量也會隨之增加。水體具有潤滑、軟化的作用，會直接影響到路基的沉降過程。另外，道路工程如果需要穿越江河或其他水利設施，如果施工過程中未做好降水措施，就會導致路基被水浸泡，再加之地下水的影響，路基的含水量不斷發生變化，在受到土體毛細管張力的作用后，負孔隙水壓力會出現變化，最終導致路基出現不均勻沉降。

再次，材料因素。路基材料的承載性能越好，路基的穩定性就越高，但是承載性能好的材料往往成本也更高，因此某些項目單位為降低材料成本，在選擇路基材料時沒有充分考慮其滲透性能、穩定性等，比如采用凍土、淤泥等土體作為壓實材料，這類材料雖然成本低，但承載性能差，導致路基發生沉降變形[2]。

最后，技術因素。道路工程建設過程中，設計環節、施工環節對于路基的沉降影響較大，設計過程中路基的真實荷載計算不準確，就有可能導致路基出現塌陷等嚴重質量問題。道路路基的主要作用就是承重，一旦實際荷載超出設計荷載就會導致路基發生不均勻沉降。此外，施工過程機械夯實強度不夠、路基分層壓實度不符合設計標準等因素也會導致路基出現沉降問題，直接影響到道路工程的整體質量。

3 路基沉降的處理措施

為提高道路工程的質量，要針對路基沉降問題采用合理的處理措施，減少沉降，提高道路工程運營的安全性及穩定性，具體可以采用下列措施：

3.1 路基本體壓實處理

上文中提到如果路基實際承受的荷載超出設計荷載就會發生不均勻沉降，因此要合理設計路基荷載，并增加路基本體的壓實度，以減少沉降量。路基壓實要滿足相關的壓實標準，具體如表1 所示。

表1 土質路基壓實度標準

路基土滿足一級公路的壓實標準后，需要在此基礎上提高壓實土壓縮模量至30MPa，此時在標準荷載條件下路基內產生的沉降總量為12cm，當荷載為500kN 時沉降量達到58.4cm。雖然標準荷載下沉降量變化較小，但是一旦道路荷載達到500kN 以上，增加的沉降量卻是保證路面平整度的重要因素，道路運營過程中超載現象無可避免，因此設計路基本體的壓實度時要將超載部分計算在內，以降低路面結構破壞的發生概率。具體壓實施工過程中，先攤鋪土料進行碾壓，再用大型重力式振動壓路機進行碾壓并壓實。如果道路工程處于特殊氣候地區或者所用填料比較特殊，可在保證路基強度的條件下適當調整壓實度。施工方一是嚴格按照國家標準、行業標準規范施工，提高整體施工效率；二是根據技術要求、施工現場情況選擇合適的機械設備，施工過程中及時檢測填土的含水量、松鋪厚度等參數，根據檢測結果調整壓實方案，以保證路基的壓實度；三是每天安排技術人員檢查當日的施工結果，進一步強化施工質量監督管理，保證施工質量保持較高的水平[3]。

3.2 提高路基壓縮模量的措施

常用的提高路基壓縮模型的主要措施包括以下幾種：

3.2.1 換填法

所謂換填法是用高強度、質地堅硬、穩定性好、抗侵蝕性強的材料換填原本的軟土層，并通過壓實、夯實、振動等密實處理提高路基的壓實度。路基采用換填法進行處理可以將上部荷載擴散至下層，墊層還具有較好的排水性能，能夠促進孔隙水排出，加快土體固結，提高路基的承載力。換填法還可以用于一些區域性特殊土的處理，比如應用于膨脹土路基可以消除路基的脹縮作用；應用于濕陷黃土路基可消除其濕陷性；應用于季節性漿土路基時可消除其凍脹力等。具體應用過程中要注意換填的深度控制在0.5～3m 之間，避免墊層過薄起不到應有的作用。

3.2.2 強夯法

強夯法是將重錘由高處自由落下夯擊路基，通過降低路基的壓縮性提高路基的強度，又稱為動力壓實法。夯擊路基的重錘高度為10～40m，重量在10～40t，重錘夯擊可以破壞土體結構，壓縮土體孔隙中的水分。土體中的氣體體積被壓縮至接近零時，土體便不可再被壓縮。繼續施工荷載至孔隙水壓等于覆蓋壓力時，土體出現液化現象，此時土體會產生裂縫，土體的滲透性增加以排出土體的孔隙水。土體中孔隙水排出后超孔隙水壓力也會消散，土體裂縫閉合增加土顆粒的密實度，土體的抗剪強度、變形模量也會得到顯著改善。除此以外，還可利用強夯法消除濕陷黃土、可液化砂土等土體類型的濕陷性，提高其抗振動液化能力，但強夯法不適用于深厚層淤泥。使用強夯法時要與袋裝砂井一起使用，或者與塑料排水板一起使用，以提高加固效果。實際施工中需要根據現場試夯確定強夯法的有效加固深度，一般情況下單擊夯擊能在100～200t 時可處理3～6m 的軟土路基，以保證加固深度的有效性。

3.2.3 土工合成材料

土工合成材料即以合成材料為原料制成各種產品，比如土工網、土工格柵、土工膜等。土工合成材料主要包括土工織物、土工膜、土工復合材料、土工特種材料等，其中土工織物包括無紡型土工織物、有紡型土工織物；土工膜則是在材料上噴涂防水層，使材料表面形成一層不透水膜；土工復合材料則由幾種土工合成材料組合制成，主要適用于一些要求比較特殊的工程；土工特種材料主要為特制產品，種類繁多。具體施工過程中要先整平場地，挖除表層土，攤鋪土工合成材料，并卸砂石料，最后將填筑材料平整好，壓實路基即可。

3.2.4 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁主要是向土體中噴入水泥等固化劑，水泥與土體混合后會產生一系列物理及化學反應而發生硬化，以達到增加路基強度的目的。水泥攪拌樁法在土層中加入固化劑，這樣能夠充分利用原有土層，對周邊建筑物影響較小，并能夠根據不同的路基土質靈活選擇固化劑及配比，加固形式更加靈活。第一，施工過程中須做好場地平整工作，以為后續的施工工序做好準備；第二，按照施工圖紙放線確定攪拌樁的位置，提前做好復測工作，檢查各樁位設置是否合理；第三，安裝調試好鉆機，并將其移動到指定位置；第四，嚴格按照設計標準配置漿液，注意漿液送泵前需要持續攪拌，漿液配置好后必須在2h 內使用完畢，超出該時間則需要重新制作漿液；第五，在啟動攪拌機前要對其冷卻水循環功能進行全面檢查，保證其功能正常，然后再啟動攪拌機切土下沉，直至達到設計深度；第六，鉆頭反向旋轉，一邊旋轉一邊噴漿，鉆頭提升速度控制在0.5～0.8m/min，鉆頭提升至距離地面1m 時要放緩速度；第七，按照設計要求對一定深度范圍內的樁身進行復拌，以保證土體中水泥漿分布更均勻，復拌的速度控制在0.5～0.8m/min；第八，施工完畢后做好管路、機具的清洗與移位，當水泥土攪拌樁達到設計強度后再鑿除超灌部分。

3.3 加強路基施工控制

首先，施工方要制訂科學的施工方案，做好道路工程周邊環境的勘察工作，詳細了解工程所在地的地形、水文條件、溫度、濕度、氣候條件的具體參數及變化情況，根據勘察數據制訂施工方案，強化施工人員的技術培訓，做好技術交底，明確技術要點，避免人為因素導致路基出現不均勻沉降。

其次，做好充分的施工準備。道路工程施工前要重點強化路基的處理工作，及時清除施工現場的雜草、石塊等，避免雜物影響到施工質量。如某些路段橫坡比超過1∶5，則要先進行臺階處理，一般情況下臺階設計寬度不得小于1m，以保證臺階的穩固性，減少沉降現象[4]。

再次，合理應用施工材料。路基填料會對路基沉降產生直接影響，因此要嚴格控制施工材料的質量，從根本上提高路基路面抗沉降能力。按照相關標準要求，路堤填實的液限指數不得高于50，塑性指數不得高于26；填料中嚴禁出現影響路基質量的土質類型，比如淤泥、腐殖土、凍土等。施工澆筑時，結構層設計要盡量簡單，下方鋪設劣質土，上方鋪設優良土。路基施工中要采用合適的土工合成材料，比如聚乙烯、聚氨酯等材料具有較好的抗拉伸性能、耐腐蝕性能，在處理軟土路基時應用這類材料能夠提高路基的水平剪應力，避免堤身失穩的問題，并且能夠分散路基荷載；路基土質邊坡也要合理應用土工合成材料加強防護，比如拉伸網草皮、種植固定草、網格固定撒種等，防止水土流失，減少外界環境因素對路基的影響。

最后，強化施工細節控制。在整個道路工程施工過程中，特殊路段的路基處理是施工控制重點，填土作業時可采用預壓法、超載預壓法、砂石樁法等，以保證結構的剛性，通過合理的填土措施降低路基沉降的發生概率；同步建設排水系統，提升最大排水量上限，以減少雨水聚集對路基造成的侵害，最大程度地保護道路路基。

4 結語

總之，隨著我國經濟的不斷發展，道路工程的重要作用也越來越突出，人們對于道路工程的質量關注度也越來越高。路基是道路工程的基礎，其不僅需要承受路面的重量、自身的重量，還要承受路面行車加載的荷載，因此路基的穩定性直接影響到道路工程的使用壽命及安全性，本研究分析了路基沉降的發生機理及原因，并提出具體的處理措施，以期與廣大同行進行經驗交流與探討。