山区高速公路路基差异沉降特性与控制措施研究

阳 威，杨宗敏

（湖南省怀化公路桥梁建设总公司，湖南 怀化 418000）

0 引言

前些年我国在平原地区修建的高速公路已能满足国民的需求，而现阶段我国将修建高速公路的重心转向了西部等一些多山地区。山区的地质结构比较复杂，地形起伏比较剧烈，修建高速公路时经常会出现沉降差异等问题。一旦出现沉降差异，就会损坏公路结构，并且公路路面也会出现裂缝。在这种情况下，公路的使用寿命就会减少。

1 工程概况

某高速公路长147.424 km，以山岭重丘区为基础，有很多高填方的涵洞，最高可以在涵洞的上方20 m处进行填充。在路基进行工程建设时，可以在桥附近的20 m处建立非强夯区，从而降低影响构造物的力度，这个地区和附近地区地基的压实度有着明显的区别，而且涵洞的顶部极易发生沉降现象。

2 路基差异沉降的机理分析

2.1 路基压实度不足引起的差异沉降

路基如果没有充足的压实度，那么路基的附近就会有比较低的压实度，从而发生沉降现象，也就是位于路基中部的沉降小于附近的两侧路基，若是出现雨水冲刷，这种现象就会更加清晰[1]。一旦出现这种状况，那么沉降差同时会伴随着错台及沉陷的现象出现在行车道硬路区域。

2.2 高路基边坡渗流引起的差异沉降

高填方的路基如果受到雨水的浸泡以及冲洗，那么对于边坡的稳定就会产生直接的影响。

2.3 软土地基引起的差异沉降

路基两侧慢慢地降低附加应力，最大的附加应力位于路基的中部，从而导致软土地基的产生。所以两侧小而中间大的形式就是软土地基出现沉降的表现，如果这种方式出现在具有很大荷载的填方作用下，将会更加清晰地显现出沉降的趋势。软土地基在工程建设期间是不可能完全结束固结沉降的，尤其是次固结沉降，所以工程建设结束后的沉降形式就是盆腔形的两边小、中间大。就像K0+500～K30+500高速公路，其地处平原地区，整体的路基不高，同时包含的软土地基有15处，有时候通车会有损坏基层、面板错位、地基下沉以及断裂的情况出现。

3 路基差异沉降处理措施

3.1 原地形、地质条件下的差异沉降

高速公路具有复杂的地形和多样的地质结构，填料和地基具有比较大的区别，在涵洞、通道等结构物处原地基与经过处理的结构物基础之间刚度存在差异性，并且如果地基的承载能力较低，就会更加清晰地显现出差异。在地基的荷载条件下，地基的承载能力不一样，就会产生不同的沉降量，最终导致发生沉降的现象，若不及时处理，路面和路基的构造就会因为沉降现象出现损坏，针对该高速公路沿线不同土质及涵洞顶部不同填土高度建立路基模型，从而分析沉降在原地质、地形条件下的差异，最终结果见表1。

表1 沉降在原地形、地质条件下的涵洞顶部路基的差异

3.2 工程设计方案的差异沉降

3.2.1 涵洞处地质状况及原工程方案

涵洞的试验段是由冲洪的砾石以及卵石组成的，同时包含的细粒石包含亚砂土、亚黏土等，该地基具有稳定的基础以及良好的土质。在隧道和土场进行洞渣材料的取用，这就是土石混填的路基。

要降低路堤竣工后的沉降现象，那么对于这个高速公路的路基就要进行大于10 m的高度填充，每填筑4.0～4.5 m进行一次强夯处理，路堤的标准是压实度大于93%（路面底面150 cm以下）的路面地面。与此同时，为了避免构造物由于强夯施工造成的不良因素，应该将非强夯区建立在涵洞以及桥梁的两边。非强夯区长度为（2H+5）m（H为桥台或涵洞高度），试验段非强夯区长度为20 m。非强夯区内路基压实度不小于96%，对于取消强夯的路段，路基每填筑4 m铺设一层土工格栅，如图1所示。

图1 原工程的格栅布置示意图

3.2.2 原工程方案分析

将通道的左侧作为实例，非强夯区所处范围在20 m以内，具有比较低的压实度，且地基所受的强夯作用小于邻近区域，其承载能力比处理过的地基的承载能力低，所以这个区域具有比较大的沉降量，差异沉降的现象极易发生。以原工程的方案为基础，将土工格栅建立在非强夯区和强夯区相结合的地方，这样对于沉降现象的降低并不能充分发挥土工格栅的功效[2]。

3.2.3 改进方案差异沉降

原工程的方案对于涵洞顶部产生的沉降无法进行有效的降低，所以应该调整原方案，将土工格栅的作用充分发挥出来。通过分析结果可知，土工格栅在涵洞的两边无法充分发挥作用，就可以取消建立土工格栅从涵洞的顶部一直到强夯区，意味着在较低的沉降地区固定格栅的两端，从而限制非强夯区的沉降现象；与此同时，可以将铺设格栅的距离缩小，涵洞的顶部区域以0.7 m、1.4 m、2.0 m的距离进行格栅铺设。铺设格栅如图2所示。

图2 通道处的格栅处置方案示意图

通过分析，将整改的格栅方案运用于实践，相比原地质、地形而言，涵洞顶部降低了37%～47%的沉降量，路基高于涵洞顶14 m的区域也可以明显地看出沉降的减少，所以加筋的土工格栅对于降低沉降具有很好的作用。

4 控制措施

4.1 强夯法差异沉降的处治

山区具有较复杂的地形和较大起伏的地势，很多因素制约了道路的选线，所以在进行山区高速公路建设时，路基填充工作的比例就比较高，山区高速公路出现沉降的关键原因之一就是路基的填充。当前，强夯法是最常用于路基高填及差异沉降的方式，具体包括动力置换、动力夯实以及动力固结，主要特点就是破坏天然结构从而起到稳定结构的作用。

（1）动力固结。黏性土用强夯法进行处理时，在土中有极大的冲击力，从而有应力波产生，将土体本来的结构破坏，使土体局部发生液化，产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利流溢出来。将孔隙水的压力消散后就发生土体固结的现象。

（2）动力夯实。通常用于粗大颗粒以及空隙多的非饱和土。是动应力以及冲击波在土中进行传播瞬间破碎颗粒的一种相对运动，其会快速排出土中的气体，减小压缩的空隙体积，从而形成密实的路基结构[4-5]。

4.2 构造物处差异沉降的处治

（1）将土工格栅铺在构造物区域，可以均匀分布以及扩散路基的应力，从而提高路基抗剪切的力度。

（2）涵洞区域通过土工格栅处理沉降，可以对土体进行加筋，可以更加协调地进行路基的变形。把涵洞处理沉降的方法作为示例，原来的工程设计方法可以降低12%～25%的沉降，调整后就可以降低37%～47%的沉降，具有明显的效果。

（3）采用土工格栅对涵洞处差异沉降进行处理，土工格栅与涵洞的顶部越接近，则越易充分发挥作用，当每层的密度大于4 m时，就有大概10%的沉降降低。在实际工作中，一般在4 m内的密度进行铺设土工格栅的工作[3]。

5 结语

综上所述，地质、地貌以及公路的线性对于在山区建设高速公路都具有限制性。常见的就是斜、弯以及坡的高架桥及路基的深挖，因此所有路基路面都具有的问题就是稳定性。本文主要针对山区高速公路，通过结合实际工程，分析了沉降差异出现的原因，根据沉降的种类提出适宜的解决方案，将切实可行的技术指导以及理论根据运用于建设山区高速公路中。