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(fā)生機理

土體是由空氣、水、土顆粒等物質(zhì)組成的復(fù)雜的混合物，而空氣為氣態(tài)，水為液態(tài)，土顆粒則為固態(tài)，對于三種不同形態(tài)組成的混合物其壓實過程也比較復(fù)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(jié)沉降、次固結(jié)沉降三個階段。

一是瞬時沉降，當(dāng)路基土體剛開始加載外部荷載時會出現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)生直接影響。

二是固結(jié)沉降，其發(fā)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(jié)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(xiàn)變形，也有極少數(shù)情況下會出現(xiàn)剪切變形。

三是次固結(jié)沉降，當(dāng)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(fā)生變形，即次固結(jié)變形，該階段有效應(yīng)力已不再發(fā)生改變，因此次固結(jié)沉降速度十分緩慢，且會持續(xù)較長的時間。

沉降變形的瞬時沉降、固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降三個階段發(fā)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(xì)致區(qū)分，且不同的土質(zhì)也體現(xiàn)出不同的沉降特點，比如軟黏土固結(jié)沉降所需的時間要短于其他土質(zhì)；普通飽和黏土則以固結(jié)沉降為主，基本不會出現(xiàn)次固結(jié)沉降，瞬時沉降量也極?。伙柡蛙涴ね脸两荡蟛糠譃榇喂探Y(jié)沉降。具體工程中要根據(jù)黏土性質(zhì)進(jìn)行有針對性的分析[1]。

2 道路工程路基發(fā)生沉降的主要原因

道路工程路基發(fā)生沉降的原因十分復(fù)雜，多種因素均會對路基沉降產(chǎn)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(shè)網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，很多復(fù)雜地勢環(huán)境也覆蓋了交通網(wǎng)絡(luò)，比如山地、高原等，這些地區(qū)地勢有著明顯的起伏，道路工程建設(shè)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(fā)生不均勻沉降的風(fēng)險，且處于復(fù)雜環(huán)境中的道路工程使用的填料、施工方法可能存在不適宜當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境的問題，又進(jìn)一步導(dǎo)致路基出現(xiàn)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?jǐn)D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(shè)施，如果施工過程中未做好降水措施，就會導(dǎo)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(fā)生變化，在受到土體毛細(xì)管張力的作用后，負(fù)孔隙水壓力會出現(xiàn)變化，最終導(dǎo)致路基出現(xiàn)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(wěn)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(wěn)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(dǎo)致路基發(fā)生沉降變形[2]。

最后，技術(shù)因素。道路工程建設(shè)過程中，設(shè)計環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)對于路基的沉降影響較大，設(shè)計過程中路基的真實荷載計算不準(zhǔn)確，就有可能導(dǎo)致路基出現(xiàn)塌陷等嚴(yán)重質(zhì)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(shè)計荷載就會導(dǎo)致路基發(fā)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等因素也會導(dǎo)致路基出現(xiàn)沉降問題，直接影響到道路工程的整體質(zhì)量。

3 路基沉降的處理措施

為提高道路工程的質(zhì)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(wěn)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(shè)計荷載就會發(fā)生不均勻沉降，因此要合理設(shè)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(guān)的壓實標(biāo)準(zhǔn)，具體如表1 所示。

表1 土質(zhì)路基壓實度標(biāo)準(zhǔn)

路基土滿足一級公路的壓實標(biāo)準(zhǔn)后，需要在此基礎(chǔ)上提高壓實土壓縮模量至30MPa，此時在標(biāo)準(zhǔn)荷載條件下路基內(nèi)產(chǎn)生的沉降總量為12cm，當(dāng)荷載為500kN 時沉降量達(dá)到58.4cm。雖然標(biāo)準(zhǔn)荷載下沉降量變化較小，但是一旦道路荷載達(dá)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(xiàn)象無可避免，因此設(shè)計路基本體的壓實度時要將超載部分計算在內(nèi)，以降低路面結(jié)構(gòu)破壞的發(fā)生概率。具體壓實施工過程中，先攤鋪土料進(jìn)行碾壓，再用大型重力式振動壓路機進(jìn)行碾壓并壓實。如果道路工程處于特殊氣候地區(qū)或者所用填料比較特殊，可在保證路基強度的條件下適當(dāng)調(diào)整壓實度。施工方一是嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范施工，提高整體施工效率；二是根據(jù)技術(shù)要求、施工現(xiàn)場情況選擇合適的機械設(shè)備，施工過程中及時檢測填土的含水量、松鋪厚度等參數(shù)，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整壓實方案，以保證路基的壓實度；三是每天安排技術(shù)人員檢查當(dāng)日的施工結(jié)果，進(jìn)一步強化施工質(zhì)量監(jiān)督管理，保證施工質(zhì)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(zhì)地堅硬、穩(wěn)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(jìn)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(jìn)孔隙水排出，加快土體固結(jié)，提高路基的承載力。換填法還可以用于一些區(qū)域性特殊土的處理，比如應(yīng)用于膨脹土路基可以消除路基的脹縮作用；應(yīng)用于濕陷黃土路基可消除其濕陷性；應(yīng)用于季節(jié)性漿土路基時可消除其凍脹力等。具體應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)，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(xù)施工荷載至孔隙水壓等于覆蓋壓力時，土體出現(xiàn)液化現(xiàn)象，此時土體會產(chǎn)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(jù)現(xiàn)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(chǎn)品，比如土工網(wǎng)、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(fù)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(fù)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(chǎn)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(chǎn)生一系列物理及化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生硬化，以達(dá)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(jù)不同的路基土質(zhì)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(xù)的施工工序做好準(zhǔn)備；第二，按照施工圖紙放線確定攪拌樁的位置，提前做好復(fù)測工作，檢查各樁位設(shè)置是否合理；第三，安裝調(diào)試好鉆機，并將其移動到指定位置；第四，嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)配置漿液，注意漿液送泵前需要持續(xù)攪拌，漿液配置好后必須在2h 內(nèi)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(huán)功能進(jìn)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(dá)到設(shè)計深度；第六，鉆頭反向旋轉(zhuǎn)，一邊旋轉(zhuǎn)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(shè)計要求對一定深度范圍內(nèi)的樁身進(jìn)行復(fù)拌，以保證土體中水泥漿分布更均勻，復(fù)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(dāng)水泥土攪拌樁達(dá)到設(shè)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(xué)的施工方案，做好道路工程周邊環(huán)境的勘察工作，詳細(xì)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(shù)及變化情況，根據(jù)勘察數(shù)據(jù)制訂施工方案，強化施工人員的技術(shù)培訓(xùn)，做好技術(shù)交底，明確技術(shù)要點，避免人為因素導(dǎo)致路基出現(xiàn)不均勻沉降。

其次，做好充分的施工準(zhǔn)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(xiàn)場的雜草、石塊等，避免雜物影響到施工質(zhì)量。如某些路段橫坡比超過1∶5，則要先進(jìn)行臺階處理，一般情況下臺階設(shè)計寬度不得小于1m，以保證臺階的穩(wěn)固性，減少沉降現(xiàn)象[4]。

再次，合理應(yīng)用施工材料。路基填料會對路基沉降產(chǎn)生直接影響，因此要嚴(yán)格控制施工材料的質(zhì)量，從根本上提高路基路面抗沉降能力。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，路堤填實的液限指數(shù)不得高于50，塑性指數(shù)不得高于26；填料中嚴(yán)禁出現(xiàn)影響路基質(zhì)量的土質(zhì)類型，比如淤泥、腐殖土、凍土等。施工澆筑時，結(jié)構(gòu)層設(shè)計要盡量簡單，下方鋪設(shè)劣質(zhì)土，上方鋪設(shè)優(yōu)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(yīng)用這類材料能夠提高路基的水平剪應(yīng)力，避免堤身失穩(wěn)的問題，并且能夠分散路基荷載；路基土質(zhì)邊坡也要合理應(yīng)用土工合成材料加強防護(hù)，比如拉伸網(wǎng)草皮、種植固定草、網(wǎng)格固定撒種等，防止水土流失，減少外界環(huán)境因素對路基的影響。

最后，強化施工細(xì)節(jié)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(yè)時可采用預(yù)壓法、超載預(yù)壓法、砂石樁法等，以保證結(jié)構(gòu)的剛性，通過合理的填土措施降低路基沉降的發(fā)生概率；同步建設(shè)排水系統(tǒng)，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(hù)道路路基。

4 結(jié)語

總之，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)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(zhì)量關(guān)注度也越來越高。路基是道路工程的基礎(chǔ)，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(wěn)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(fā)生機理及原因，并提出具體的處理措施，以期與廣大同行進(jìn)行經(jīng)驗交流與探討。