高填方路基沉降病害原因及防治措施
2015-07-02
1、概述
随着山区高速公路的修建，高填方路基不断增多，给公路路基设计与施工提出了一些新问题。由于多方面的原因影响，高填方路基会产生一系列的病害，例如整体下沉或局部沉降、路基不均匀沉降引起的纵横向开裂以及路基滑动或边坡坍塌等，其中以沉降病害最为广泛，轻则路面纵向线形不连续，视觉不良，行车不稳；重则路面开裂、松散形成坑槽，导致路面破坏，影响行车安全。
2、高填方路基沉降的原因分析
2、1路基设计方面
首先高填方路基应采取标准格式图进行设计，设计时需掌握地质土质条件、土工试验资料的真实性，从而进行路基稳定性分析与验算。若按照一般路基进行设计，套用路基标准横断面图，且未进行稳定性验算完工后路基无法达到预期的沉降和变形，从而影响其正常使用。其次在路线设计时，若前期的地质勘察不够仔细，对不良地质地段没有进行合理的避让，则将会那么会大大削弱路基的承载能力，导致路基极易产生压缩沉降，产生沉降变形。最后是排水问题，若高填方路基纵向排水、横向排水坡度设计不合理，导致路基两侧积水不能排出，使路基长时间处于浸泡环境中也会降低路基的承载力，因而也会产生沉降。
2、2路基施工方面
施工的质量也决定着路基稳定性，不合理的施工对于路基的稳定性会产生严重影响。很多高填方路基沉降病害都是由路基施工问题而引起的。从实际出发，由于施工而产生路基沉降的问题主要表现在以下几个方面。
填筑顺序不当。高填方路基在施工过程中， 应按照《施工规范》要求进行铺筑，即要进行分层填铺、分层碾压（按规定厚度）施工。如果在施工过程中填层过厚，即使压实机具按规定的碾压遍数压实时, 压实度也达不到《规范》规定的要求；若高填方路堤不按规定进行分层填筑和碾压作业，都会削弱路基的稳定性，势必会出现局部地段压实不足而导致整个路基的不均匀沉降。
碾压工艺未按要求。在高填方路基施工中, 应按要求配备相应的整平碾压机具并严格按操作规程规定的碾压遍数、行驶速度进行碾压施工，保证压实度达到规范要求。若未按要求的压实工艺进行碾压, 路基的压实强度不均匀, 压实度达不到规定要求, 将会导致高填方路段产生较大的沉降变形。
原路基的处理不妥。高填方路段，往往位于山岭重丘区和峡谷地区，地形地质条件复杂，施工难度也相对较大。而且，这些地区的土质一般是山体蚀物的沉积土，土壤密度小，承载力低，易使路基发生不均匀沉降。如果对松软的沉积土和杂草、树根等有机物没有清除干净就进行回填压实，那路基的后期沉降量就会较大。
施工人员及施工组织的问题。在施工阶段， 施工人员应按《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）的规定，从施工准备、一般路基施工、特殊路基施工以及交工验收等路基施工的各个环节一步步进行施工。若工地现场人员的责任心不强，仅凭施工人员的经验，技术管理力度不够，施工现场混乱，盲目的赶工期、催进度，就会导致工程质量降低，造成施工过程中的隐患，甚至造成大的质量事故，危及路基的稳定性。
防排水工作不到位。如果施工过程中未设置临时排水设施，当下暴雨或冬季冻融后，路基范围内大量积水，无法排出。晴天施工时，也未排除积水就继续施工，留下后患。
在填挖交界处没有挖台阶，导致交界处发生不均匀沉降。原地面与填料结构不同，二者密度、承载能力不同，如填挖交接处软土、腐质土等未清除干净或填筑方式不对及压实不足，就会出现接合部沉降病害。
2、3路基填料方面
填料是路基工程的基础，也是导致路基使用过程中发生沉降的一大原因。填料问题导致沉降发生主要由于以下几个方面的原因。第一软弱土料的大量应用。如果在高填方路基填料中混有大量的种植土、腐殖土或泥沼土等劣质土，由于这类土壤中有机物含量多、抗水性差、强度低等特性的作用，路堤将出现塑性变形或沉陷破坏。第二，大量不均匀块石的应用。石料规格不一、性质不匀，就地爆破后堆积直接使用，这时填料中空隙较大，导致路基的稳定性较差，使得路基使用过程中产生沉降；第三，季节性填料问题。例如在冬季使用过多未破碎的大块冻结土，当稳定上升冰冻融化之后，就会减少路基的承载力，导致路基自然沉降。
3、高填方路基沉降病害预防措施
3、1进行合理科学的设计
认真做好工程地质和环境的勘察工作。工程地质勘察是路基设计和施工的基础，因此，必须严格按照工程地质勘察规程开展工作，详细调查路线的地质水文地质情况，对原地面明确提出压实度和地基承载力的要求，对承载力低的路段，采取必要的工程处理措施，以保证施工路线地质条件的基本稳定性。
选择合适的施工路线。在实际的路基设计工作中，应当在坚持路线总体走向通过主要控制点的原则下，因地形、地质环境布设路线，尽量避让不良地质地段，充分考虑高填方路基的优缺点，做到线形指标合理搭配，努力做出科学合理的决策，以减少地质条件引起的路基沉降可能。
除此之外，还要注意选用合理的设计控制工艺。如做好路基排水系统综合设计，及通过特殊设计来应对特殊地形的影响。高填方路基的边坡应根据填料种类、边坡高度的基底工程地质条件确定。
3、2强化路基施工
在高填方路基施工过程中，不同的填料，应水平分层分段填筑，逐层压实。同一水平层路基的全宽应采用同一种填料，不得混合填筑。当原地面纵坡大于12％的地段，宜采用纵向分层填筑施工，填筑至路基上部时，仍应采用水平分层法填筑。路基施工过程应针对不同性质的填料及场地选用不同辗压工具，并严格控制其压实厚度，如轻型钢轮压路机适用于各种填料的预压整平；重型钢轮压路机适用于细粒土、砂类土和砾石土；重型轮胎压路机适用于各类土，尤其是细粒土；羊足碾则需与钢压路机配合使用，对细粒土的压实效果较佳；振动压路机则宜于用作砂类土、砾(碎)石土和巨粒土，若用于细粒土的辗压则效果相对较差。每种填料的填筑层压实后连续厚度不宜小于500mm。填筑路床顶最后一层时，压实后的厚度不小于100 mm。
3、3加强路基的养护
为尽可能使路基有完好的使用功能，就需进行路基养护工作。因为诸多影响因素及设计和施工过程中或多或少存在着一些不足，道路在长期使用后会表现出不同程度的破损，从而影响行车。因此及时的养护与修补，可以保证道路正常使用。第一，加强对防水、排水构造物的养护工作，确保路基范围内纵横向排水设施畅通无阻；第二，对沉降量大形成跳车的路段，应分析原因采取注浆加固等有效措施稳定路基，及时修补破损路面保证车辆安全行驶；第三，对风蚀、水蚀的路基边坡，要及时修补加固，确保路基安全。
4、高填方路基沉降治理措施
4、1换图复填法
这种方法适用于治理因填筑材料不符合要求而引起的下沉面积较小且深度较浅的路基沉降。此法是将原路基出现病害部分的土挖去，更换符合规范要求的土。一般采用级配较好的砂砾土，塑性指数满足规范要求的亚粘土为宜。在回填时，应扩大挖补面积，由下而上挖成台阶状，然后填筑符合要求的材料，最后再碾压整平，压实度要求高出原路基压实度1～2个百分点为宜。
4、2灌浆法
当路基下沉深度及面积都较大、情况较严重时， 宜采用灌浆法。灌浆法是利用液压、气压或电化学原理，通过对路基下沉部分钻孔把浆液均匀地注入地基中，以充填、渗透和挤压等方式灌入填料的空隙，经一定时间后，浆液将原来松散的填料胶结成一个高强度，防水的稳定固结体。高填路堤是山区高速公路的一大特点，而填料多取自于路基附近的挖方段，常以碎石土为主。由于受多种因素的影响，高填方路堤路基边缘的压实度往往难以达到标准要求，随时间的增长势必影响路基的稳定性，继而影响行车安全。用灌浆法使水泥浆液在适当压力下充分填充于路基孔隙，形成新的结石体，这对于提高路基的强度将起到良好的作用。
4、3粉喷桩法
当处理10 m以内路基下沉病害时，可采用粉喷桩加固技术。粉喷桩处理软基土是通过专门的机械将粉体固化剂喷出后在地基深处就地与软土强制搅拌，利用固化剂和软土之间新发生的一系列物理、化学反应，在原地基中形成强度与刚度较大的桩体，同时也使桩周土体性质得到改善，桩体与桩间土体形成复合地基共同承担外荷载，它对提高地基承载能力、减少地基的沉降量有明显效果。使用粉喷桩加固路基应认真调查路基病害的情况，认真做好粉喷桩施工的设计，施工中要严格掌握固化剂掺入量、粉喷桩龄期、土样含水量、混合料搅拌的均匀性。
5、结语
总的来说，高填方路基从设计、施工到投入，使其产生沉降的因素众多，而我们能做的就是尽量减少高填方路堤的病害带来的负面影响，这就要求我们做到早预见、早防护，发现问题及时采取有效的补救措施，并同时在施工中不断地积累经验，把病害减小到最低限度，确保高填方路堤有足够的稳定性和耐久性。
