公路工程不均匀沉降段的施工技术探讨

◎白菊 杜建宇

一、引言

我国的公路工程建设事业澎湃发展，全国公路通车总里程达500 多万公里，高速公路通车里程居世界第一，农村公路建设也取得了长足的进步，目前基本实现了乡镇和建制村通硬化路的目标。

但是随着公路工程建设的开展，关于工程技术的一些常见问题也逐渐反映了出来，在工程建设领域，这些问题都属于质量通病。质量通病属于质量缺陷的范畴，治理质量通病，就是减少或消除质量缺陷，保证工程质量满足适用、经济、安全和美观要求的活动过程。

路基路面沉陷，就属于公路施工中易发的质量通病之一。近些年发生了许多有关道路，桥梁等公路工程发生沉降的施工质量问题，引起了人们的密切关注。这不仅对所在工程的路基、路面施工质量有重要影响，同时也会给人们的出行带来影响。

本文论述了在道路上的一些路面病害现象，并采取了相应的处置方法。基于一工程实例，从路面平整度、强度、稳定性等方面进行了论述，采用了相应的解决措施，克服了在路基路面沉降段的施工技术难题。

二、公路工程不均匀沉陷的破坏机理和形式

公路工程沉陷，主要原因在于不均匀的沉降造成的。沉降并不可怕，建成的公路工程因为其重力和施工工艺的原因，都会产生沉降，如果这种沉降是均匀的、整体的、可控的、轻微的，是在可接受范围内的，但是，对路基路面危害最大的，是不均匀沉降。

不均匀沉降破坏了轴向力与地基反力的平衡，地基与基础之间就形成松散接触或不接触，地基上方的路基或建筑物将出现不均匀沉降，结构内部将产生附加应力。此时，基础的附加应力可近似于悬臂端。

附加应力为剪切应力和负弯矩。松散接触的一侧将受到建筑物荷载（轴向力）产生的剪切应力作用，从而造成局部结构体系产生竖向相对位移，结构受到意外的应力（应变）。

当结构抵抗不住应力（应交）时，将会出现剪切破坏，常见的如路基路面行车道范围内发生大面积纵向开裂、路基边坡部位大面积开裂并滑塌、建筑物墙体产生的剪切裂缝；紧密接触的一侧受到旋转力矩（负弯矩）作用，对建筑物竖向结构体系产生附如斜拉应力。

不均匀沉降引起的路基路面开裂或结构物台身裂缝，系结构性破坏裂缝，所造成的危害，轻者影响建筑物的美观，重者墙体渗水和灌风，影响建筑物的使用功能。

不均匀沉降对路面结构、路面性能和路面寿命有着重要影响，是道路工程中的重要究课题之一。我国公路建设中的不均匀沉降现象非常普遍，特别是在不良地质地带，由于不良地基承载能力有限，路基施工难度很大，稍不注意，就会发生路基沉降现象。有文献指出，某公路工程经实地调查发现，线路纵向路基沉降的变异系数最高达58%。

在此背景下，在道路建设过程中，对于一些容易发生沉降的不良地区，需要采用不同的施工技术，这是保证工程施工质量的基石，同时可以降低由施工不良带来的危害所造成的社会和经济影响。

在公路工程的施工过程中，如果不注意控制，在施工中的很多因素都可能造成路基的不均匀沉降，如：

1.在不良地基路段的路基沉降或压实功不足造成的路基路面沉陷或桥头跳车。

2. 路基压实度不达标导致路基路面局部沉陷变形或纵向裂缝。

3.路面底基层、基层施工存在质量问题导致的沉降、块状裂缝或网裂。

在公路工程中，尤其是填挖过渡段是不均匀沉降的多发地段。在路堤和路堑的过渡段落，由于两种施工工艺的不同，从向上填筑变成了向下开挖，如果不处理好过渡段施工工艺，纵向路基会产生不均匀沉降，会导致路面产生波浪式的不平整，开放交通后，在往来通行车量的反复荷载作用下，可能使路面产生应力重分布和应力集中，使路基路面发生结构性破坏。在我国，目前的路基路面结构形式一般采用沥青混凝土路面+半刚性水泥稳定碎石基层+石灰稳定土底基层+素土路基，整个路面体系都不属于刚性体。而且，从设计角度，现行沥青路面多采用波密斯特线弹性层状体系理论，不能分析由于路面不均匀沉降引起的附加响应，因此不均匀沉降也有可能引起路面早期损坏。

三、沉降段路基路面易发生的病害及原因

目前，在路基路面施工中，沉降段易发生的质量问题有：路面基层强度不达标、路面基层厚度不够、路面沉降等。

1.路面基层强度不达标。底基层的强度达不到设计要求，整体性差，钻芯时取不出完整芯样，分析此类现象发生的原因，一般有以下几点：

（1）水泥、石灰等结合料质量不合格，或者掺量不足，振捣不充分导致混凝土出现气泡，产生蜂窝麻面，没有把握好振捣时间；

（2）虽然结合料掺量符合要求，但集料级配与配合比设计时出入较大，没有控制好混凝土坍落度，没有限制温度以及各种材料成分，没有合理掌握时间及控制水泥的水化作用等；

（3）混合料拌和、摊铺不均匀，造成离析，影响强度和整体性，同时在浇筑前模板没有湿润，导致表面水分不足，会造成麻面现象，也会影响路面强度；

（4）延迟时间太长，造成强度和干密度损失严重；

（5）压路机吨位不足，压实遍数不够或混合料含水量不当压实困难；

（6）养生不到位，强度增长慢；交通管制不严，使基层早期受到重载作用。

2.路面基层厚度不够。路基厚度在设计计算上将直接影响基层的承载能力，是一个十分重要的指标，分析此类现象发生的原因，一般有以下几点：

（1）人为故意因素，偷工减料；

（2）所确定的松铺系数有误；

（3）摊铺基准线设置有误、基准线受到碰撞发生变化但没有被发现；

（4）下承层标高高出设计，未将高出的下承层料刮除；

（5）擅自改变了摊铺机的工作参数，如夯锤振动顿率。

3.路基路面沉降。路基路面沉降，通过技术分析和对近年来多起工程实践的分析，可能有以下原因：

（1）填方路基施工所用填筑材料的本身不均匀。

在公路填方路基施工施工过程中，由于其对填筑材料的用量极大，通常要采取多料源供料的方式，对于素土路基，需要多个取土场供土，不同的取土场，土的材质可能不同，有的可能是粘土，有的可能是砂性土，也有肯能会遇到粉质土；而且，由于土方量需求大，在取土场，需要向下开挖较大的深度，而不同深度，土的材质也是不一样的。因此，在路基施工过程中，对填筑材料（素土）的颗粒、级配很难得到统一和有效的控制。

填筑材料（素土）也有采用路堑的挖方、隧道掘进产生的废方。这些填料差异更大、而且由于开挖活动的扰动，其颗粒和级配也相差很远。

在高速公路的路基施工过程中，这个因素的影响尤为明显。我们知道，高速公路由于其车速、交通量等方面技术要求，需要路基提供极大的承载能力，而目前的技术条件下，提高路基承载能力最经济的途径，就是提高路基的厚度，以较厚的路基，提供加大的承载。所以，高速公路一般采取高填方路基，在平原地区，填筑高度一般在2 至3 米。用量如此大的填土，一旦填筑材料本身不合格，其造成的危害也是巨大的。

（2）路基各结构层施工过程中，受客观环境影响，或质量控制不严格，导致填土压实度不足。由于压实度不足，填方路基各层次密实度不均匀，密实度较好的部位，沉降较小，密实度不好的部位，沉降较为明显，结果导致路基整体发生不均匀沉降变形，行车道范围内及路基两侧出现纵向裂缝。

（3）填筑材料中的水分及地下水影响。

路基不均匀沉降的发生是多种因素共同作用的最终结果。对于路基来说，填筑材料的材质和施工处理、基础的承载能力是其内因，而车辆荷载、地下水情况和路基自重导致的沉降则是其外因。

首先看填筑材料的含水率，在施工过程中，如果填土的含水率过小，碾压时含水量小于最佳含水量，土粒间的润滑作用不足，即压力不足以克服土粒间的磨擦力，土中的空气不能排除、土粒间无法靠拢，因而难以达到最大密实度；而如果填土的含水率远大于最佳含水量，又会产生由于水分过多，土粒被水膜包围而分散得过远，不能达到最大密实度。

再看看地下水。在地下水的交替作用下，路基土体内含量反复变化。由毛细管张力引起负孔隙水压力可以达到相当的数值，再加上水的软化、润滑效应，使土体产生沉降变形。

综上所属，公路工程路基路面出现沉降的原因可能是对该线段的土层了解不够，特别是在某些地区存在较厚的淤泥土层，在加固时没有加固到位，经过大型车辆的挤压及其土体自身的固结，会使这部分的土体发生沉降位移，从而导致了路面发生沉降。对于路面出现沉降的现象，最简单的操作方法是在原路面的基础上再铺设沥青材料，最关键的就是掌握好平整度的问题。对于沉降，不管是道路，桥梁，还是铁路，随着时间的积累，都会有大小不一的沉降量发生，这就需要在施工前期对土质有良好的认识，经过土体加固可以从源头来减少或避免路面沉降的发生。

在施工过程中，要加强对路基施工的质量控制，控制好分层碾压厚度和碾压遍数，以保证足够的压实功。在施工过程中，如果分层碾压厚度过大，小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实，在荷载的长期作用下，回填料会产生不协调沉降变形，路面会产生局部沉陷，刚性路面还可能产生裂纹或缝隙。由于回填料的性质不一样，特别是有的回填料具有膨胀性，在路基排水系统局部失效后，水的渗入会使路面局部隆起，影响行车舒适度，严重的会使路面破坏。

四、工程概况

S256 一级公路，位于皖北地区，起点位于阜阳市颍泉区闻集镇杨店，终点位于颍上县六十里铺镇，地理位置属平原地区，全长67.3km，采用双向四车道，路基宽度为24.5m，于2016 年正式通车。

在路基、路面施工过程中，总结采取的技术控制措施，大致有以下几个方面：路面平整度、路面强度、路面稳定性、局部路基沉降等。

1.路面平整度控制。

路面平整度是在道路工程验收中的一项重要指标，可以用路面在纵向的高低起伏，即凹凸值的储差来计算，把计算出来的数值用图表给制出来，如果曲线平滑则说明路面平整，如果曲线有高低上的极点，则说明路面平整度不够，其测量仪器可以通过直接式测量和响应式测量来进行。

对于路面平整度问題，采用以下措施：

（1）在施工道路路基时。就要做好相应的路面标高问题，对于有下坡，上坡，横坡等情况时，要通过合理的计算来制定相应的摊铺厚度，从而使在路面施工时达到路面平整度的要求。

（2）对于路面材料的供应，最好在现场有备用的拌和机械，当正在施工的机械由于故障停工时，备用的机械可以顺利的接上，从而保证施工的正常进行。

（3）在结路面材料进行碾压时，要做到连续，均匀，有序的进行。不要走弯路，转弯等操作，对施工人员要做好相应的施工前的技术交底，对人员做好相应的培训工作，从而来有效的预防由于人员操作问题导致的路面不平整。

（4）在第二天重新施工前，需要对施工好的断面处理好连接问题，可以通过来测量二者之间的平整度，对于新施工的路面过高，需要重新设定施工参数来降低标高，对于新施工的路面过低，同理也要增加相应的施工参数，从而来保证整体路面的平整度。

2.路面强度控制。

路面强度主要是在车辆行驶过程中，不但需要承担车辆的整体重量，同时还会有车辆行驶中带来的振动和冲击作用，在车辆尾部，路面还要受到空气吸力对它的拉力。在如此多的外力作用下，如果路面强度不达标，就会出现开裂，沉降，磨损等现象，减少路面的使用寿命。其路面强度可以通过抗折、抗剪、抗弯等强度来进行衡量。

对于路面强度不足问题，采用以下措施：

（1）对于施工要用到的路面材料，需要提前进行第三方的检测，检测合格后才能投入施工；

（2）对于原材料的级配问题，需要通过专门的测量工具来进行测定。对于水的使用尤其需要注意，一般最佳含水量在1%～2%为宜。从碎石加工的源头进行控制，确保进场碎石级配符合要求；

（3）对于原材料发生的离析现象，要保证有相应的拌和时间，使材料间能拌和均匀，从而消除粗细集料的离析现象；

（4）加强质量教育，通过技术进步和提高管理水平实现经济效益，杜绝投机取巧、偷工减科事件的发生，试验段确定松铺系数时方法要正确，将下承层超出设计标高的部分刮除，认真执行试验段总结的推铺工艺和施工参数，夯锤振动频率、摊铺机行走速度等参数严禁随意更改。

3.路面稳定性控制。

稳定性主要是指路面在不同的气候条件下能保持应有的强度，特别是对于沥青路面来讲，在夏天温度比较高的天气下，沥肯会受热变软，当车辆行驶过后就会出现沉陷，车辙等现象；在冬季时沥青会受冷收缩，也会出现裂缝等不良情况。

对于路面稳定性不足的问题，采用以下指施：

（1）在土质情况复杂，特别是淤泥质等土体c 值很小的情况下，可以通过加固土体的施工，或进行预压，夯实的方法事先对土体进行固结处理。对于地下水较浅的可以通过降水，或者阻隔地下水的处理措施。

（2）对于气候条件的影响，最好通过材料上配合比的优化和施工工艺的改进来进行，比如在沥青的填充率上可以适当地降低，以减少在高温条件下的膨胀，从而溢出表面。在施工工艺品上，要定期检查拌和机的计量设备，提升其自动补偿系统。

4.路基不均匀沉降控制。

施工过程中，为了避免填方路基发生不均匀沉降现象，采取了技术技术控制措施，并建立了沉降监控系统。

（1）加强填筑用土的质量检测，经常取样，检测土的颗粒、有机质含量、液塑限、承载比（CBR）等参数，不符合设计和规范要求的，坚决不允许适用。

（2）对路基横向填挖结合部位：将结合处挖方段下挖150cm，并依次做台阶，台阶宽1m，高为一个土方填筑厚层。每个台阶与填方整体填筑碾压。150cm 层面按94%控制压实度，150cm 以上按96%控制压实度。

（3）严格控制路基填筑厚度，每层上土完成后，检查松铺厚度，对于过厚的部位，及时予以挖除。

（4）严格控制路基压实工序，要求施工管理、技术人员在现场指导施工，监理单位经常巡视碾压段落，重点部位进行旁站，建设单位管理人员也经常到路基碾压现场查看。

（5）开展沉降监测。其观测频率设置为石灰土路基每填筑层观测1 次，如相邻两层填筑时间间隔较长时，至少每3 天观测1 次，在路基整体完成后，每半月观测1 次。

在每个观测面，设置3 个测点，分别位于左路基边缘、路基中心、右路基边缘。

根据技术规范，施工过程中，路基中心处沉降速率每昼夜不能大于10～15mm，完工后连续2 个月观测每月沉降量不大于5mm 路基沉降采用预埋沉降板（含标尺）结合高精度水准仪联合测定、通过上述措施，该一级公路路基路面施工质量符合要求，顺利通过交竣工验收，投入使用至今已有六年，未发现路基路面不均匀沉降导致的纵向裂缝问题。

五、结语

本文通过分析路面施工过程中遇到的质量问题；路基强度不足。路面厚度不够、路面沉降等，在地质不良地区道路施工过程中，土的固结还没有完成，存在着不同大小的沉降。施工过程中容易出现的一些问题，对路基强度，路面平整度等方面进行了分析，提出了相应的施工解决力案，以期为今后在道路施工中遇到相似的工程情况提供参考借鉴意见。