高速公路路基沉降及施工技术分析

赵 李 宁

(太旧高速公路管理有限公司,山西 阳泉 045000)

路基的施工质量对于高速公路的质量具有十分重要的影响，更直接关系到高速公路的使用安全及质量。因此对于路基沉降问题，必须采取切实有效的措施予以防治，以保证路基的质量满足施工及运营要求。文章从公路路基沉降的原因出发，结合公路路基施工的主要内容，分析高速公路路基沉降的施工技术，希望相关内容能为高速公路路基施工与沉降处理提供指导意义。

1 公路路基沉降发生的原因

1.1 路基土层的应力

由于公路具有线性特点，因此在路基施工的整个过程中，不同路段的项目条件各不相同，路基差异性较为明显，因此导致沉降发生的原因也各不相同。当路段位于地质不良地区时，施工前必须注意对地基的处理和充分压实，应考虑到土层自重应力与固结压力之间的关系。地基在外界荷载的作用下，路基应力将超过原有固结压力，将导致其发生明显应力变形。当土基自重应力未超过但接近固结压力时，即便土基未受到外界荷载，也可能因为路基等结构的填筑，导致土层超过固结应力完成固结。当自重应力远远小于固结应力时，相当于为路基路面结构及车辆荷载预留了较大应力空间，此时土层不易出现固结沉降。

1.2 填筑高度的影响

在实际施工时，路基的填筑高度也对土基沉降有较大影响，尤其是在路基出现侧向位移时，沉降的可能性将会大大增加，同时土层内剪应力增大，容易导致较大范围内路基破坏。

1.3施工方面的原因

施工材料、工艺、质量等都对地基的稳定性有重要影响。如果对材料的管控不到位，则可能由于路基铺筑材料的不均匀、规格差异等导致填筑路基的质量不均匀，使路基面临较大的下沉风险。在施工过程中排水、加固等措施的不合理、施工断面尺寸等问题都可能加速路基的沉降出现。部分项目中，施工人员在作业时不注重填筑的厚度、压实度等要求，随意更改填筑的材料和施工顺序等，导致路基的施工质量不佳，极易导致路基失稳。

1.4 地质条件

地质条件对路基稳定的影响主要表现在岩层的产状、结构、裂隙发育等因素。如湿陷性黄土路段的地基，在干燥状态下，其强度和压缩性都较好，但是其结构会在遇水后发生巨大变化，导致路基发生沉降。因此对于承载性质不良的土基，应在路基填筑前加以处理，如采用振冲置换法对深层软弱土层进行换填，采用锚网喷法处理破碎风化岩层边坡等，目的在于将不稳定的土基进行置换或加固，使其满足地基承载的要求。

1.5 水文气候

水文气候可以细分为河流洪水位、降雨量、温湿度、地下水情况等众多因素。当冬季气温低时，下层土基的水分会向上聚集，倘若路基填筑高度不足，则可能在路基内部形成冰层，在春季气温升高后，冰层融化产生的渗水将对路基的稳定性产生不利影响。当路基处于地下水活跃的地区时，更应密切关注可能对地基产生冲刷与潜蚀的地下水影响，考虑临界水力坡度与渗流水力坡度等因素，避免土基由于地下动水的作用出现管状孔洞等不利情形。对于处在裂隙发育地区的路基，必须充分观测其裂隙的发育及裂隙水情况，制定相应的防排水及加固措施。

2 公路路基沉降的处置技术

在地基出现沉降时，必须对其进行必要的加固处理以保证构筑物的安全，避免沉降的继续发展导致路基出现大范围破坏。应分析断面的数值，根据试验所得的沉降与时间关系，对沉降的当前情况与未来发展趋势进行分析。通常采用的路基沉降处置方式有换填土法、灌浆法、竖向排水法、固化剂法等。

2.1 换填土复填处理

换填土是处理软土地基的常用方法，对于软土层厚度不足3 m的路基段尤其适用。将路基宽度内的软土层进行挖除后，换用排水性较好的填土，如砂、砂砾等，这类材料即便处于地下水位也能具备足够的稳定性。换填法成本低、施工简单，部分路基只需通过简单的表面挖除换填处置，就可以实现沉降处置的良好效果。

2.2 固化剂处理

固化剂处理也是工程实践中的一种常用方法，通过将一定剂量的固化剂材料加入路基中，提高填土材料的强度及水稳定性，以达到降低、缓解路基沉降的目的。固化剂的类型有固态和液态两种，当需要处理的土层仅为表面土时，可以采用液态类固化剂，当需要处置的地基沉降较深时，应考虑采用固态固化剂。

2.3 灌浆处理

当路基沉降问题的深度及面积较大时，可以采用灌浆处理法，通过压力将水泥浆注入路基孔内，通过水泥浆的固化，形成新结石体，提高路基的整体性。

2.4 竖向排水

对于一些由于地下水导致的路基沉降问题，应优先对其排水状况进行改善。通过在地基内布置塑料板或砂井，减少土内的排水距离，提高土体的固结速度，但是应对砂井的间距和处理范围进行分析，以确保安全性与沉降量的要求。

2.5 重锤夯击法

重锤夯实法是通过高空自由落下的重锤，产生的冲击能，使土层在一定深度内达到密实，是一种能够有效消除地基湿陷性，提高地基承载力的方法在地基出现沉降时，必须对其进行必要的加固处理以保证构筑物的安全，避免沉降的继续发展导致路基出现大范围破坏。在制定施工方案时，应开展试桩试验，根据现场荷载试验与沉降结果，提高夯击方案的合理性与可行性。

3 公路路基沉降的施工质量控制

3.1 高速公路路基施工流程

要分析高速公路路基沉降的施工技术，应当清楚其施工的工艺流程，文章对路基施工的流程进行了梳理，见图1。

3.2 原地面处理

在施工前准备阶段，需要开展施工组织计划、场地清理、填筑试验、地基处理等工作。填筑工作应当在场地清理完成后，当场地内土质处于松散状态时，填筑工作应在压实后进行。对于地基土不良地段还应采取必要的换填与加固措施。

3.3 路基填筑

当路基取土能够满足或者稍加处置可以满足使用要求时，应尽量选择挖土方为路基填料，进行填土施工的作业时，相关填土参数的确定应以事先开展的填筑试验结果为主，路堤填料应满足表1的要求方可用于施工。同时必须严格遵守相关设计要求，如材料、厚度、压实度等，保障路基填筑的质量。填筑完成后，可以通过与野外取土试验的结果做对比，来检验路基的压实度。

表1 路堤填料的强度及粒径要求

3.4 摊铺、整平

在进行摊铺作业前，应先对场地进行处理以保证平整，先用推土机进行场地初平施工，再利用平地机进行场地终平施工。在摊铺时，应尽量平整均匀，为了保证路基施工的排水效果，应将层面两侧处理成倾斜状，并调整横向排水坡的坡率，一般以2%～4%为宜。

3.5 洒水、晾晒填料

填料的含水率对于路基的稳定性也有较大影响。因此在进行路基填筑前，应保证路基填料的含水量满足相关要求，工程实践中，常常通过洒水和晾晒的方法使材料含水量满足规范中对最佳含水率的要求。

3.6 碾压

通常采用振动压路机对路基进行压实，通过钢轮的振动与打击使土层逐渐密实。在进行路基压实施工时，碾压方向应为从边缘至中间，采取先快速碾压后慢速碾压、先静压后振动碾压的方式，同时在碾压过程中应注意轮迹的重叠。在进行纵向碾压时，应注重对重叠范围的控制，纵向行与行之间的碾压的重叠以0.3 m～0.5 m为宜。应保证路基碾压的均匀性，避免由于碾压不到位出现死角或偏压，导致路基压实不均匀影响稳定性。高速公路路堤的压实度应满足表2的要求。

表2 高速公路路基压实度要求

3.7 沉降监测

路基施工组织设计前应及时开展路基沉降监测，内容包含水平位移检测、沉降检测、土压力检测、孔隙水压力检测等，以便对路基的沉降情况与发展趋势进行充分了解，并对地基的工后沉降量进行预测，为制定合理的施工方案提供依据。在施工期间与施工后，还应继续对路基沉降参数进行观测，验证设计与施工方案的正确性，同时根据实际沉降情况，及时采取相应措施。

1)沉降观测。通常采用分层沉降标和沉降板观测路基沉降，观测的重点路段一般是填土高度大、地基土性质差、软土分布情况变化段、半填半挖段等。在布置沉降观测仪器时，若遇到软土地基，相关埋设工作应在垫层顶填土前完成。高速公路路基的工后沉降应满足表3的要求。

表3 高速公路路基工后沉降要求

2)水平位移观测。通常对于表面土的水平位移观测，采用边桩观测法，观测仪器通过打入埋设。对于内部土体监测采用测斜管法，仪器埋设采用钻机导孔，由于倾斜管具备较好的弯曲性能，尤其适合于软土地基的内部水平位移观测。

3)工程实践中通常用孔压计进行孔隙水压力的观测，压力监测仪器以2 m为间隔，自砂垫层底部开始埋设。用土压力计对土压力进行监测时，监测仪器可通过挖坑埋设于路基内，应保证挖槽底的平整密实以及压力计的水平布设。

4 实例分析

4.1 工程概况

山西省某高速公路项目，全长77.7 km，双向四车道，公路沿线地质较为复杂，其中湿陷性黄土路段大约占全长的70%，路基多为超过10 m的高填方路基，对于路基压实及工后沉降有较高要求。项目采用重锤击实法进行路基沉降的控制。

4.2 重锤击实处理方法的实际应用

本项目采用重锤击实法对路基填方段Q3黄土段进行沉降控制处理。对于超过10 m的高填方路基，每2 m采用一次重锤满夯，落距保证在6 m以上，锤重应超过40 kN，并根据试验确定夯实遍数，4 d后、7 d后应分别达到250 kPa,300 kPa。对于湿陷性黄土分布较广的地区，在施工完路基后，应注重路基排水设施的设计和施工，避免水对地质土的不良影响，保证路基的稳定性。

具体施工方法：1)正常碾压施工，应注重对碾压厚度及含水量的控制，当实测压实度达到90%时即可采用重锤击实法控制路基沉降；2)夯机就位，以水准仪控制落锤高程，将夯机锤提升至8 m落距位置，重复夯打，直至两击沉降平均值在5 cm内即可换点进行夯击作业；3)换点后，重复上述步骤夯击路基；4)在夯实施工完成后的4 d～7 d内，应及时检测地基承载力。

5 结语

路基沉降对高速公路的安全和使用寿命有重要影响，因此，必须高度重视公路路基的施工质量。文章分析了造成高速公路路基沉降的因素、施工技术以及质量控制，希望能从施工层面提高路基的施工质量与沉降水平，确保公路建设及运营的安全稳定。