譚恒程 邱 林 謝紅平 簡會東 張琴光

高填方路堤常見病害成因及防治方法分析

譚恒程1邱 林2謝紅平2簡會東3張琴光1

(1.西南交通建設集團股份有限公司，云南 昆明 650051；2.云南省建設投資控股集團有限公司路橋總承包部，云南 昆明 650051；3.云南建投集團交通建設股份有限公司，云南 昆明 650051）

因線位、地形等原因限制，路基工程中常存在高填方路堤，自身填筑量大、填料高度大、填筑不均勻以及降雨入滲等內外界原因導致沉陷、縱向開裂及邊坡滑塌等現(xiàn)象常有發(fā)生?；诔Ｒ姴『︻愋图爱a生原因，從設計和施工兩方面對高填方路堤質量控制進行了分析，并對病害發(fā)生后處治加固措施進行了介紹，以期對高填方路堤病害防治起到一定的參考作用。

高填方路堤；病害；質量控制；防治

0 概述

基于因地制宜及安全與成本考慮，路基設計宜避免高填深挖，不能避免時宜進行方案比選，路基的強度和穩(wěn)定性是保證路面性能的基礎，而高填方路基沉陷、縱向開裂及邊坡滑塌等現(xiàn)象卻屢見不鮮。鄭治等調查了西部地區(qū)具有代表性的6條公路，共80個填方路堤（其中70%是高填方），其中52個路段出現(xiàn)了沉降破壞。此外，該6條公路還存在橋頭跳車、縱向差異沉降等不同程度的病害。自上個世紀90年代末以來，美國多個州都開展了對路堤沉降的研究，發(fā)現(xiàn)路堤沉降現(xiàn)象的普遍性和嚴重性，據(jù)此制定了專門的研究項目。為有效防治高填方路堤病害，理清其常見病害種類及成因、設計及施工質量控制方法，以及病害發(fā)生后有效處治，各個環(huán)節(jié)都至關重要。

1 常見病害

1.1 病害特點

高路堤所處環(huán)境變化不一，地質條件復雜，填土至密實以及自然固結比一般路基完成時間長，且受各種反復荷載的影響，在施工過程中及完成后運行階段病害較多。路堤是填方道路的主體和路面的基礎，過大或不均勻沉降將會導致坡面坍滑、路面開裂、沉降等病害，導致路面局部損壞或不平整。受坡高、坡腳等影響，與普通路堤相比，高路堤具有以下特點：1）填筑量大，占地面積小，對地基承載力要求高；2）填料高度大，存在沉降變形問題；3）路堤填筑物不均勻，易引起不均勻沉降。其常見病害有：

①沉降：由于高填方路堤自然地基的承載力不足以支撐路堤的重量，或路堤沉降及其自身壓縮造成整個路堤下沉、局部沉降或不均勻沉降。

②縱橫向裂縫：主要是由于路堤不均勻沉降造成。兩側壓實度不足而發(fā)生斜向外沉降，因而填土中部及兩邊因沉降差異產生拉應力，形成縱向開裂。

③坍塌或滑坡：由于邊坡過陡，或邊坡沖刷掏空形成臨空面，發(fā)生滑坡。

高填方路堤病害有一個逐漸演變的過程，導致病害連續(xù)發(fā)展。比如：沉降從下至上，從點到面，從局部到整體逐漸演變。過度沉降會導致路堤邊坡穩(wěn)定性逐漸破壞，可能會使得路面層開裂。這種演變隨時間逐漸產生，表現(xiàn)為物質或能量，從量變到質變。這種演變的表現(xiàn)形式即為“連鎖關系”或“連鎖效應”。

1.2 病害連鎖效應

前述三種病害的本質是內部填充穩(wěn)定失衡導致路堤幾何形態(tài)變化。在高填方路堤病害鏈形成初期，能量開始聚集，病害產生的損壞尚未發(fā)生，在此階段，切斷病害連鎖鏈，防治效果最為明顯。在設計階段，充分進行地質勘探，縱橫向排水設計，對特殊不良地質進行專項設計，做好雨季施工防排水措施，消除病害鏈形成隱患。在病害鏈形成的中間階段（道路運營使用階段），破壞力初步形成，能量聚集，在水等外因條件的影響下，沉降等病害立即發(fā)生，此時采取斷鏈防治原則，通過加強防護措施，如增加排水設施，封閉路面裂縫等方法，減緩病害發(fā)展速度。一旦進入病害發(fā)展后期，通過采取措施切斷病害鏈內部環(huán)節(jié)的長期效果并不好，這從“連鎖效應”規(guī)律的角度驗證了高填方路堤病害本身可以預防而無法在病害后期對其進行徹底處治。目前，斷鏈控制原則必須采取必要的控制管理措施，以切斷其自身病害鏈系統(tǒng)以及與其他病害系統(tǒng)之間的聯(lián)系。因此，有研究人員支出，構建斷鏈模型和斷鏈系統(tǒng)，是高填方路堤病害防治甚至各種道路病害防治的有效思路。

2 質量控制

高填方路堤破壞或沉降大的原因很多，而對高填方破壞機理認識不足及設計不合理是重要因素。HU H等指出研究非飽和土在各種條件下的作用機理和力學性能是有效解決這一問題是唯一途徑，提出了各種工況下路堤變形沉降的計算方法，計算過程反映了路堤變形機理，概念清晰。呂慶等采用廣義Kelvin模型，結合運用三維有限元正交數(shù)值試驗、回歸分析和優(yōu)化，對高填方路堤工后沉降進行預測。林鋒等基于線彈性理論，推導了考慮變形模量和泊松比等參數(shù)變化情況下的有限元分析方法。以下從設計和施工兩方面對保證高填土路堤質量及減少病害產生進行分析。

2.1 路基設計

從外界因素來看，降雨入滲是影響邊坡穩(wěn)定性最主要且最普遍的環(huán)境因素，填料含水量的變化對高填方路堤有較大影響。劉新喜等建立了降雨入滲邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)學模型，指出，降雨入滲使邊坡地下水位上升，基質吸力減小，穩(wěn)定性下降。隨著加筋土含水量的增加，加筋土界面的平均摩阻力逐漸減小，土體抗剪強度呈下降趨勢，其穩(wěn)定性安全系數(shù)明顯下降。設計階段應考慮項目所在地降雨情況，對降雨入滲時邊坡穩(wěn)定性進行評價。

為解決以上問題，近幾十年來工程中出現(xiàn)了加筋土路堤。它是將土工合成材料與土工織物的拉伸性能應用于路堤和地基結構的適當位置，加筋土結構分層加筋，分層填筑，每層路基填筑通過加筋土工格柵將土地自身重力、結構面之間摩擦力逐級傳遞至底層，整體形成了一個穩(wěn)定的坡體。

進行高路堤設計時主要是對填料各項指標、壓實度以及邊坡形式和坡率進行設計，并進行不同工況下的穩(wěn)定性計算分析，加強地表及地下排水設計。通過控制材料品質以及合理選取邊坡形式和坡率（源頭控制），保證壓實度及排水（施工及使用過程控制），提高設計路基的安全性及耐久性。

2.2 施工工藝

影響高填土路堤施工質量的因素主要有填料不合格、填筑工藝不當、壓實工藝不當、管理不當?shù)?。應嚴格控制填料來源及指標，不可使用混有腐殖土、膨脹土等劣質土的填料；按照規(guī)范規(guī)定分層填筑，若有分幅，應進行搭接處理；嚴把質量和技術管理關。

基于對路基填料組成及密實度形成機理的把握，現(xiàn)有路基壓實方法主要有如下幾種，壓實原理及優(yōu)缺點見下表1，實際工程中應依據(jù)壓實部位及填料性質進行合理比選。

表1 常用壓實方法比較

3 病害處治

從高填方路堤病害成因來看，主要是整體或局部沉降以及邊坡失穩(wěn)，以下從這兩個方面對病害發(fā)生后采取措施進行處治以消除或減小其可能產生的危害，實際工程中往往是基于對病害成因的分析采取多種措施組合應用。

3.1 邊坡失穩(wěn)

常用的邊坡失穩(wěn)處治方法有：坡率法、減重與堆載、格構加固、錨固、抗滑樁、支擋等，其中坡率法是在設計階段通過改變坡度和高度保證邊坡穩(wěn)定。

1）減重與堆載阻滑。減重是依據(jù)不平衡推力法進行計算并確定減重位置及取土量，防止或控制下滑；堆載阻滑，亦即壓腳，是將土或其他壓重材料置于阻滑段，增大阻滑力。

2）格構加固。結合邊坡綠化，通過在邊坡建立框架，并利用節(jié)點進行錨固，達到穩(wěn)定和加固邊坡的目的，格構型式主要有現(xiàn)澆或預制混凝土和漿砌塊石。

3）錨固。將錨桿或錨索埋入土層，借助土層抗剪性能獲得構件錨固力，通常結合樁、格架等共同作用。

4）抗滑樁。通過將滑坡推力傳遞至基巖或土體以保持邊坡穩(wěn)定，其類型選擇、設置位置及方式靈活性大。

5）支擋加固。從前述病害產生原因出發(fā)，可采取加強路基兩側支擋作為輔助，以減小側向位移以及坡腳處雨水入滲的影響。

3.2 沉降

從沉降發(fā)生原因來看，防治沉降的辦法主要有預壓法、換填法、灌漿法等，其中預壓法是在施工階段通過保證預壓期及填筑期實現(xiàn)。

1）局部換填。路基發(fā)生局部下沉時，挖去該部分土，回填新的、級配較好的土，以挖臺階形式擴大填補面積，以高出原路基壓實度1%~2%進行控制。

2）壓力灌漿。壓力灌漿處治路基沉降的原理是在一定壓力下用漿液充填路基填方體中的空隙、裂隙，利用漿液固結增加其板體性，使得土體密度、強度和抗變形能力得到提高。漿液由主劑、溶劑和外加劑攪拌混合而成，水泥為漿液首選主劑，其技術性能可用結石率來評定。水灰比愈小，溫度愈高，結石率愈高。應用壓力灌漿處治高填方路堤沉降可能會出現(xiàn)路面抬動、漿液竄冒、場地污染等問題，應從灌漿工藝以及處治后清理等方面予以避免。

4 結論

1）高填方路堤因自身填筑量大、填料高度大、填筑不均勻以及降雨入滲等內外界原因，出現(xiàn)沉降、裂縫以及坍塌、滑坡等常見病害，且病害發(fā)展呈現(xiàn)“連鎖效應”。

2）設計階段應考慮降雨入滲情況，對降雨入滲時邊坡穩(wěn)定性進行評價；加筋土路堤利用土工材料的拉伸性能以及土與土工格柵間的摩擦作用，土體強度提高。施工方面，從原材料、填筑壓實工藝以及管理層面，均影響到路基質量，實際工程中應合理選用壓實方法，嚴把質量及技術關。

3）病害產生后，應基于對病害成因的把握，合理選用或組合采取處治措施，主要是從減小下滑力，借助外力加強土體的強度，以及對填土體進行支擋等方面著手。

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