高填方路基沉降病害原因及防治措施
2015-07-02
1、概述
隨著山區(qū)高速公路的修建，高填方路基不斷增多，給公路路基設(shè)計(jì)與施工提出了一些新問題。由于多方面的原因影響，高填方路基會產(chǎn)生一系列的病害，例如整體下沉或局部沉降、路基不均勻沉降引起的縱橫向開裂以及路基滑動或邊坡坍塌等，其中以沉降病害最為廣泛，輕則路面縱向線形不連續(xù)，視覺不良，行車不穩(wěn)；重則路面開裂、松散形成坑槽，導(dǎo)致路面破壞，影響行車安全。
2、高填方路基沉降的原因分析
2、1路基設(shè)計(jì)方面
首先高填方路基應(yīng)采取標(biāo)準(zhǔn)格式圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時需掌握地質(zhì)土質(zhì)條件、土工試驗(yàn)資料的真實(shí)性，從而進(jìn)行路基穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算。若按照一般路基進(jìn)行設(shè)計(jì)，套用路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖，且未進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算完工后路基無法達(dá)到預(yù)期的沉降和變形，從而影響其正常使用。其次在路線設(shè)計(jì)時，若前期的地質(zhì)勘察不夠仔細(xì)，對不良地質(zhì)地段沒有進(jìn)行合理的避讓，則將會那么會大大削弱路基的承載能力，導(dǎo)致路基極易產(chǎn)生壓縮沉降，產(chǎn)生沉降變形。最后是排水問題，若高填方路基縱向排水、橫向排水坡度設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致路基兩側(cè)積水不能排出，使路基長時間處于浸泡環(huán)境中也會降低路基的承載力，因而也會產(chǎn)生沉降。
2、2路基施工方面
施工的質(zhì)量也決定著路基穩(wěn)定性，不合理的施工對于路基的穩(wěn)定性會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。很多高填方路基沉降病害都是由路基施工問題而引起的。從實(shí)際出發(fā)，由于施工而產(chǎn)生路基沉降的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
填筑順序不當(dāng)。高填方路基在施工過程中， 應(yīng)按照《施工規(guī)范》要求進(jìn)行鋪筑，即要進(jìn)行分層填鋪、分層碾壓（按規(guī)定厚度）施工。如果在施工過程中填層過厚，即使壓實(shí)機(jī)具按規(guī)定的碾壓遍數(shù)壓實(shí)時, 壓實(shí)度也達(dá)不到《規(guī)范》規(guī)定的要求；若高填方路堤不按規(guī)定進(jìn)行分層填筑和碾壓作業(yè)，都會削弱路基的穩(wěn)定性，勢必會出現(xiàn)局部地段壓實(shí)不足而導(dǎo)致整個路基的不均勻沉降。
碾壓工藝未按要求。在高填方路基施工中, 應(yīng)按要求配備相應(yīng)的整平碾壓機(jī)具并嚴(yán)格按操作規(guī)程規(guī)定的碾壓遍數(shù)、行駛速度進(jìn)行碾壓施工，保證壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求。若未按要求的壓實(shí)工藝進(jìn)行碾壓, 路基的壓實(shí)強(qiáng)度不均勻, 壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)定要求, 將會導(dǎo)致高填方路段產(chǎn)生較大的沉降變形。
原路基的處理不妥。高填方路段，往往位于山嶺重丘區(qū)和峽谷地區(qū)，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度也相對較大。而且，這些地區(qū)的土質(zhì)一般是山體蝕物的沉積土，土壤密度小，承載力低，易使路基發(fā)生不均勻沉降。如果對松軟的沉積土和雜草、樹根等有機(jī)物沒有清除干凈就進(jìn)行回填壓實(shí)，那路基的后期沉降量就會較大。
施工人員及施工組織的問題。在施工階段， 施工人員應(yīng)按《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10-2006）的規(guī)定，從施工準(zhǔn)備、一般路基施工、特殊路基施工以及交工驗(yàn)收等路基施工的各個環(huán)節(jié)一步步進(jìn)行施工。若工地現(xiàn)場人員的責(zé)任心不強(qiáng)，僅憑施工人員的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)管理力度不夠，施工現(xiàn)場混亂，盲目的趕工期、催進(jìn)度，就會導(dǎo)致工程質(zhì)量降低，造成施工過程中的隱患，甚至造成大的質(zhì)量事故，危及路基的穩(wěn)定性。
防排水工作不到位。如果施工過程中未設(shè)置臨時排水設(shè)施，當(dāng)下暴雨或冬季凍融后，路基范圍內(nèi)大量積水，無法排出。晴天施工時，也未排除積水就繼續(xù)施工，留下后患。
在填挖交界處沒有挖臺階，導(dǎo)致交界處發(fā)生不均勻沉降。原地面與填料結(jié)構(gòu)不同，二者密度、承載能力不同，如填挖交接處軟土、腐質(zhì)土等未清除干凈或填筑方式不對及壓實(shí)不足，就會出現(xiàn)接合部沉降病害。
2、3路基填料方面
填料是路基工程的基礎(chǔ)，也是導(dǎo)致路基使用過程中發(fā)生沉降的一大原因。填料問題導(dǎo)致沉降發(fā)生主要由于以下幾個方面的原因。第一軟弱土料的大量應(yīng)用。如果在高填方路基填料中混有大量的種植土、腐殖土或泥沼土等劣質(zhì)土，由于這類土壤中有機(jī)物含量多、抗水性差、強(qiáng)度低等特性的作用，路堤將出現(xiàn)塑性變形或沉陷破壞。第二，大量不均勻塊石的應(yīng)用。石料規(guī)格不一、性質(zhì)不勻，就地爆破后堆積直接使用，這時填料中空隙較大，導(dǎo)致路基的穩(wěn)定性較差，使得路基使用過程中產(chǎn)生沉降；第三，季節(jié)性填料問題。例如在冬季使用過多未破碎的大塊凍結(jié)土，當(dāng)穩(wěn)定上升冰凍融化之后，就會減少路基的承載力，導(dǎo)致路基自然沉降。
3、高填方路基沉降病害預(yù)防措施
3、1進(jìn)行合理科學(xué)的設(shè)計(jì)
認(rèn)真做好工程地質(zhì)和環(huán)境的勘察工作。工程地質(zhì)勘察是路基設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)，因此，必須嚴(yán)格按照工程地質(zhì)勘察規(guī)程開展工作，詳細(xì)調(diào)查路線的地質(zhì)水文地質(zhì)情況，對原地面明確提出壓實(shí)度和地基承載力的要求，對承載力低的路段，采取必要的工程處理措施，以保證施工路線地質(zhì)條件的基本穩(wěn)定性。
選擇合適的施工路線。在實(shí)際的路基設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)當(dāng)在堅(jiān)持路線總體走向通過主要控制點(diǎn)的原則下，因地形、地質(zhì)環(huán)境布設(shè)路線，盡量避讓不良地質(zhì)地段，充分考慮高填方路基的優(yōu)缺點(diǎn)，做到線形指標(biāo)合理搭配，努力做出科學(xué)合理的決策，以減少地質(zhì)條件引起的路基沉降可能。
除此之外，還要注意選用合理的設(shè)計(jì)控制工藝。如做好路基排水系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)，及通過特殊設(shè)計(jì)來應(yīng)對特殊地形的影響。高填方路基的邊坡應(yīng)根據(jù)填料種類、邊坡高度的基底工程地質(zhì)條件確定。
3、2強(qiáng)化路基施工
在高填方路基施工過程中，不同的填料，應(yīng)水平分層分段填筑，逐層壓實(shí)。同一水平層路基的全寬應(yīng)采用同一種填料，不得混合填筑。當(dāng)原地面縱坡大于12％的地段，宜采用縱向分層填筑施工，填筑至路基上部時，仍應(yīng)采用水平分層法填筑。路基施工過程應(yīng)針對不同性質(zhì)的填料及場地選用不同輾壓工具，并嚴(yán)格控制其壓實(shí)厚度，如輕型鋼輪壓路機(jī)適用于各種填料的預(yù)壓整平；重型鋼輪壓路機(jī)適用于細(xì)粒土、砂類土和礫石土；重型輪胎壓路機(jī)適用于各類土，尤其是細(xì)粒土；羊足碾則需與鋼壓路機(jī)配合使用，對細(xì)粒土的壓實(shí)效果較佳；振動壓路機(jī)則宜于用作砂類土、礫(碎)石土和巨粒土，若用于細(xì)粒土的輾壓則效果相對較差。每種填料的填筑層壓實(shí)后連續(xù)厚度不宜小于500mm。填筑路床頂最后一層時，壓實(shí)后的厚度不小于100 mm。
3、3加強(qiáng)路基的養(yǎng)護(hù)
為盡可能使路基有完好的使用功能，就需進(jìn)行路基養(yǎng)護(hù)工作。因?yàn)橹T多影響因素及設(shè)計(jì)和施工過程中或多或少存在著一些不足，道路在長期使用后會表現(xiàn)出不同程度的破損，從而影響行車。因此及時的養(yǎng)護(hù)與修補(bǔ)，可以保證道路正常使用。第一，加強(qiáng)對防水、排水構(gòu)造物的養(yǎng)護(hù)工作，確保路基范圍內(nèi)縱橫向排水設(shè)施暢通無阻；第二，對沉降量大形成跳車的路段，應(yīng)分析原因采取注漿加固等有效措施穩(wěn)定路基，及時修補(bǔ)破損路面保證車輛安全行駛；第三，對風(fēng)蝕、水蝕的路基邊坡，要及時修補(bǔ)加固，確保路基安全。
4、高填方路基沉降治理措施
4、1換圖復(fù)填法
這種方法適用于治理因填筑材料不符合要求而引起的下沉面積較小且深度較淺的路基沉降。此法是將原路基出現(xiàn)病害部分的土挖去，更換符合規(guī)范要求的土。一般采用級配較好的砂礫土，塑性指數(shù)滿足規(guī)范要求的亞粘土為宜。在回填時，應(yīng)擴(kuò)大挖補(bǔ)面積，由下而上挖成臺階狀，然后填筑符合要求的材料，最后再碾壓整平，壓實(shí)度要求高出原路基壓實(shí)度1～2個百分點(diǎn)為宜。
4、2灌漿法
當(dāng)路基下沉深度及面積都較大、情況較嚴(yán)重時， 宜采用灌漿法。灌漿法是利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過對路基下沉部分鉆孔把漿液均勻地注入地基中，以充填、滲透和擠壓等方式灌入填料的空隙，經(jīng)一定時間后，漿液將原來松散的填料膠結(jié)成一個高強(qiáng)度，防水的穩(wěn)定固結(jié)體。高填路堤是山區(qū)高速公路的一大特點(diǎn)，而填料多取自于路基附近的挖方段，常以碎石土為主。由于受多種因素的影響，高填方路堤路基邊緣的壓實(shí)度往往難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，隨時間的增長勢必影響路基的穩(wěn)定性，繼而影響行車安全。用灌漿法使水泥漿液在適當(dāng)壓力下充分填充于路基孔隙，形成新的結(jié)石體，這對于提高路基的強(qiáng)度將起到良好的作用。
4、3粉噴樁法
當(dāng)處理10 m以內(nèi)路基下沉病害時，可采用粉噴樁加固技術(shù)。粉噴樁處理軟基土是通過專門的機(jī)械將粉體固化劑噴出后在地基深處就地與軟土強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間新發(fā)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，在原地基中形成強(qiáng)度與剛度較大的樁體，同時也使樁周土體性質(zhì)得到改善，樁體與樁間土體形成復(fù)合地基共同承擔(dān)外荷載，它對提高地基承載能力、減少地基的沉降量有明顯效果。使用粉噴樁加固路基應(yīng)認(rèn)真調(diào)查路基病害的情況，認(rèn)真做好粉噴樁施工的設(shè)計(jì)，施工中要嚴(yán)格掌握固化劑摻入量、粉噴樁齡期、土樣含水量、混合料攪拌的均勻性。
5、結(jié)語
總的來說，高填方路基從設(shè)計(jì)、施工到投入，使其產(chǎn)生沉降的因素眾多，而我們能做的就是盡量減少高填方路堤的病害帶來的負(fù)面影響，這就要求我們做到早預(yù)見、早防護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時采取有效的補(bǔ)救措施，并同時在施工中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，把病害減小到最低限度，確保高填方路堤有足夠的穩(wěn)定性和耐久性。
