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1 路堤沉降影響因素

路堤沉降按時(shí)間分類可以分為兩部分，一部分是施工期的沉降，另一部分是工后沉降[1-2]。

通過研究分析可知，導(dǎo)致路堤自身沉降的主要因素如下所述：

（1）路堤的填料。高填路堤施工過程中的原料主要源于路塹的挖方以及隧道爆破產(chǎn)生的石方，這些填料的粒徑大小不均，級(jí)配的連續(xù)性較差，土質(zhì)差異也較大，導(dǎo)致路堤產(chǎn)生較大的變形和不均勻沉降。而且填料中會(huì)存在雜填土和膨脹土等，填筑過程中同樣難以壓實(shí)，膨脹土遇水膨脹，失水收縮的特性易導(dǎo)致路堤發(fā)生沉降。

（2）壓實(shí)度不足。壓實(shí)度不足會(huì)使前期土體的固結(jié)壓力減小，當(dāng)固結(jié)壓力小于自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的總和時(shí)，路基就會(huì)發(fā)生不均勻沉降。附加應(yīng)力主要由車輛荷載、地下水位、負(fù)孔隙水壓力等產(chǎn)生[3]。

（3）土體干濕狀態(tài)。地下水位的變化導(dǎo)致路基填料中的含水量不穩(wěn)定，土的容重γ值出現(xiàn)波動(dòng)的現(xiàn)象。在地下水的交替作用下，路基土體的含水量反復(fù)變化，土體容重在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，在負(fù)孔隙水壓力的作用下，土體開始發(fā)生豎直方向的變形[4]。

（4）土體側(cè)向變形。因?yàn)榈缆仿芳绲膲簩?shí)度要低于行車道的壓實(shí)度，所以在施工過程中每層填料路肩部分壓實(shí)度較低，為土體發(fā)生變形提供了條件。

2 高填方路基沉降預(yù)測(cè)

2.1 工程概況

文章通過某高速公路的工程實(shí)例說明高填方路基沉降預(yù)測(cè)的理論方法和預(yù)測(cè)方式。該道路設(shè)計(jì)為雙向四車道，設(shè)計(jì)速度為80km/h，路基類型為整體式和分離式，寬度分別為24.5m、12.25m。高填方地段主要有右側(cè)樁號(hào)范圍為K14+130～K14+380，最大填土高度為45.9m；左側(cè)樁號(hào)范圍為ZK14+070～ZK14+350，最大填土高度為49.2m。

路基進(jìn)行分層填筑，填筑完成后進(jìn)行強(qiáng)夯處理來保持路基具有一定的穩(wěn)定性，然后在路基表面埋設(shè)沉降樁，沉降樁應(yīng)進(jìn)行分層埋設(shè)，并且每層沉降樁在三個(gè)不同位置布設(shè)，分別為右側(cè)路肩、中央分隔帶、左側(cè)路肩。路基施工達(dá)路基頂部后，工后沉降觀測(cè)裝置埋設(shè)在路基頂面。具體布置如圖1所示。

圖1 沉降布置圖

2.2 工期沉降預(yù)測(cè)

通過沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果可以分析出各層沉降速率和填筑速率的變化，如表1所示。

表1 各層填筑與沉降速率

通過分析數(shù)據(jù)可知第2層填土的沉降最大；前期中心觀測(cè)點(diǎn)的沉降要比兩側(cè)的沉降大，然后過渡到沉降量變化保持相同的狀態(tài)。

通過觀測(cè)點(diǎn)填土高度和累計(jì)沉降量以及時(shí)間的變化關(guān)系來確定工期內(nèi)的沉降值，文章通過實(shí)際沉降值來分析參數(shù)值，以這種方式確定路基高度與時(shí)間和沉降的關(guān)系。

式中：ξ、μ、m為回歸系數(shù)；t為時(shí)間，d；H為路基高度，m；S為沉降，m。

觀測(cè)值回歸分析如表2所示。由表2可知，路基沉降值可通過下式計(jì)算：

表2 觀測(cè)值回歸分析

2.3 工后沉降預(yù)測(cè)

通過填筑完成后沉降變化和時(shí)間的關(guān)系來建立數(shù)學(xué)模型，反映高填方路堤工后與時(shí)間的變化關(guān)系，計(jì)算公式如下所示：

式中：P、μ為回歸系數(shù)；t為時(shí)間，d；S為沉降，m。

通過觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)高填路堤計(jì)算公式進(jìn)行回歸分析，可知路基沉降值可通過下式計(jì)算：

3 施工技術(shù)

3.1 分層壓實(shí)技術(shù)

分層壓實(shí)的主要原理是土體受到反復(fù)沖擊荷載，導(dǎo)致土體被迫振動(dòng)。主要表現(xiàn)為土體內(nèi)部的摩阻力減少；土體顆粒產(chǎn)生慣性矩，當(dāng)慣性矩可以克服土體自身的黏結(jié)力和摩擦力時(shí)，土體便達(dá)到密實(shí)結(jié)構(gòu)。靜載式和振動(dòng)式壓實(shí)如圖2所示。

圖2 壓實(shí)示意圖

（1）遍數(shù)控制。碾壓遍數(shù)是影響壓實(shí)效率和效果的參數(shù)。當(dāng)層厚度確定時(shí)，碾壓遍數(shù)過少會(huì)造成壓實(shí)度不足；碾壓遍數(shù)過多時(shí)，會(huì)造成時(shí)間浪費(fèi)，并且壓實(shí)效果不會(huì)有明顯提高。為保證施工期間壓實(shí)遍數(shù)合理，通過對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)來獲得最佳的壓實(shí)遍數(shù)。通過碾壓遍數(shù)來控制施工的主要優(yōu)點(diǎn)是直觀且施工簡(jiǎn)單。由于施工條件、機(jī)械以及填料等多方面的限制，最佳碾壓遍數(shù)的確定具有局限性，實(shí)際工程中通常結(jié)合壓實(shí)度來控制施工。

（2）壓實(shí)度控制。壓實(shí)度是指現(xiàn)場(chǎng)干密度和最大干密度的比值，是路基在設(shè)計(jì)和施工時(shí)重要的控制指標(biāo)，通過壓實(shí)度控制施工可以有效精確地保證施工質(zhì)量和路基的穩(wěn)定性。

3.2 強(qiáng)夯技術(shù)

強(qiáng)夯是指在進(jìn)行地基加固時(shí)夯錘從高處落下進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，接觸地面時(shí)釋放能量，并通過波的形式在土體內(nèi)進(jìn)行傳遞。土體經(jīng)落錘夯擊后，自下而上形成彈性區(qū)、加固區(qū)、松動(dòng)區(qū)。當(dāng)重錘與路基接觸時(shí)，在沖擊力的作用下使土體的空隙減小，強(qiáng)度增加，顆粒進(jìn)行重組。該種方法適用于非飽和性的砂性土。

（1）工序控制。強(qiáng)夯在施工時(shí)的順序是底基層檢測(cè)、攤鋪填料、高程控制、布設(shè)夯點(diǎn)、檢查夯錘設(shè)定落距、測(cè)量夯錘頂面標(biāo)高、進(jìn)行夯擊、夯沉量測(cè)量、攤平滿夯、質(zhì)量檢查，合格后繼續(xù)進(jìn)行施工。

（2）參數(shù)控制。強(qiáng)夯加固施工時(shí)應(yīng)對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行控制：通過經(jīng)驗(yàn)先初定設(shè)計(jì)參數(shù)，然后進(jìn)行試夯，試夯完成后經(jīng)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)修正，最終調(diào)整出符合工程要求的參數(shù)。

（3）檢測(cè)控制。為保證施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制沉降，每一工序進(jìn)行完畢后應(yīng)通過相應(yīng)指標(biāo)檢測(cè)的方式進(jìn)行質(zhì)量控制。土體密實(shí)度是檢測(cè)強(qiáng)夯結(jié)果的重要指標(biāo)，其中最大干密度可通過重型擊實(shí)試驗(yàn)來確定。當(dāng)填料類型變化過大時(shí)，應(yīng)重新確定最大干密度。

4 結(jié)論

文章通過對(duì)高填方路基沉降預(yù)測(cè)與控制技術(shù)分析得出以下結(jié)論：

（1）影響填方路堤發(fā)生沉降的主要因素有路堤填料級(jí)配不連續(xù)、壓實(shí)度不夠、土體干濕狀態(tài)、土體側(cè)向變形等因素。

（2）通過對(duì)實(shí)際工程中工期沉降預(yù)測(cè)得到沉降值的計(jì)算公式為S=0.0104H1.2095e0.7126/t；通過對(duì)實(shí)際工程中工后沉降預(yù)測(cè)得到沉降值的計(jì)算公式為S=0.0024t0.643。

（3）通過對(duì)沉降控制的施工技術(shù)進(jìn)行分析，可知分層壓實(shí)施工方法可以通過壓實(shí)遍數(shù)和壓實(shí)度控制。強(qiáng)夯施工技術(shù)可通過施工工序、施工參數(shù)和施工檢測(cè)的方法進(jìn)行控制。