土方路基高填方工后沉降的控制措施

许宁臣

（中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300）

0 引言

为了保证整体公路施工的连贯性和统一性，高填方路基成为公路建设过程中的重要施工内容。但对于土方高填方路基而言，其施工质量直接影响着公路的安全性、畅通性，一旦后期发生路基沉降，会引发路面裂缝以及下穿涵洞管线破裂等问题，甚至会在桥路连接处导致桥头跳车的现象产生。该种现象的产生不仅需要耗费大量的人力物力进行维修养护，整个运维期间对交通造成的阻碍也是不容小觑，无论是经济效益还是社会效益都会造成一定的损失。所以明确土方路基高填方施工特征，厘清路基沉降原因，掌握控制措施，才能够有效避免土方路基高填方工后沉降危害，促进公路建设的可持续发展。

1 土方路基高填方的特点

1.1 工程量大，质量控制难度大

公路通常具有里程长、跨越地带复杂的特点，尤其在山区公路建设的过程中，不可避免地会遇到大量的填方施工。在公路填方施工过程中，若填土高度小于1.5m，则属于矮填方路基；若土方路基填土高度大于20m、石方路基填土高度大于12m、软土路基填土高度大于6m，则属于高填方路基。随着我国公路建设的深入，高填方路基非常常见，甚至有高度超过50m 的高填方路基出现。因此，施工过程不仅土石方工程量巨大，工期时间长，而且，在填筑过程中，对压实机具的选择以及压实质量均有较高的要求，施工过程中各种环境因素、施工因素等引起的问题更是难以避免，所以总体质量控制异常困难。

1.2 填筑高度高，性能要求高

在等级公路建设过程中，因为建设标准较高，所以并不会预留沉降量，也不会随意更改填筑高度，而且高填方路基本身自重较大，整体监控以及沉降监测更为严格。为此，在设计之初就必须要保证路基密度达到相关规范、保证足够恒久的稳定性、足够应对荷载的强度以及刚度，当然，对于其水热稳定性也有着较高的要求，从根本上保证高填方路基具备安全性和稳定性。

1.3 分析认证复杂，技术含量高

在路基设计施工过程中，通常按照典型的横断面来进行设计施工，但高填方路基设计施工的过程中会面对诸多的技术问题，所以无论是对路基填料的选择还是施工程序的选择都有着非常严格的要求，尤其对于边坡以及地基承载力都需要经过严格的验算才能够保证为后续设计提供基础，确定相应的断面形式以及施工计划。验算的过程要充分考虑基底实际，包括地质以及地下水的含量对边坡稳定性造成影响，并根据调查结果进行高填方路基稳定性评估，只有达到稳定系数才能够实行下一步的设计，若未达到稳定系数必须要经过加固处理才能够保障施工质量。当前高填方路基稳定性验算采用的主要方法包含二维线性有限元法以及概率分析法等，通过验算分析能够得到具体的概率数值，找出影响稳定性的敏感因素并针对性地采取措施进行处理。

2 土方路基高填方沉降的特点

2.1 线性特征明显，持续时间长

土方路基高填方工后沉降需要经历较长的时间才能体现，短则一年长则几十年，而且沉降过程中的线性关系非常明显，沉降量会随着填筑高度的增加以及施工建设时间的延长而逐渐增大。填筑初期沉降速度较慢，随着填筑高度的不断增加产生的沉降速度会逐渐地加快，而竣工验收之后，沉降速度又会逐渐变得缓慢，直到填筑结束逐渐趋于稳定，但在后期公路使用过程中，会由于填土本身的重量以及行车荷载再次发生缓慢沉降。另外，整个沉降量的产生同地质条件本身也有着紧密的关系，地质条件越好产生的沉降量越小，地质条件越差产生的沉降量越大。另外土方路基高填方的工后沉降大多为地基沉降，压缩沉降概率可以忽略不计。

2.2 路面危害明显，安全隐患大

高填方路基沉降可分为施工期沉降以及工后沉降。施工期沉降通常通过填补加高的处理措施来实现沉降控制。但工后沉降影响较大，不仅会引发路面塌陷以及裂缝等现象，甚至会造成下穿涵洞以及管线的破坏，而且沉降情况会随着路基填筑的高度增加而加重，影响公路的正常运行，并存在较大的安全隐患[1]。

2.3 土方路基高填方工后沉降原因

2.3.1 受地质土壤影响严重

填方路基施工过程中地质勘察是首要任务。良好的地质地形能够保证路基的稳定性和耐久性，但若该工段处于不良地质区域，例如所处路段土壤密度较小、承受压力限度较低，不仅会为施工带来一定程度上的困难。且随着路基填筑高度的不断增加导致地基变形压缩，随之沉降、开裂的现象也会愈演愈烈。这在耕地、稻田、湖塘、软土等土壤比较松散的路段比较容易出现，尤其是受到水害侵蚀之后，在长期的行车荷载作用下内部刚度降低，外部压力增加，双向的影响容易导致路基沉降变形。想要从根本上实现路基沉降的控制，还需采取合理的规划加强路基加固工作以夯实施工基础。

2.3.2 路基施工用料影响

随着公路建设难度的不断升级，土方路基高填方施工的高度越来越高，宽度越来越大，需要大量的路基填料。路基填料选择时，要结合公路建设的实际情况，从根本上提升路基耐久性。如果填料选择不当，不仅难以保证稳定性和渗水性，发生沉降位移在所难免[3]。路基填料的选择要根据施工路段实际情况进行考察：

（1）考察该路段是否处于多水区域，若该路段处于多水害发生区域，所选用的填料既要保证稳定性又要保证渗水性。

（2）考虑路基填料与路段土壤本身的结合性，二者结合性越高路基稳定性越高。

（3）注重路基填料的最小承载比，承载比需要满足车辆载荷的需求。为此，公路施工前要对车辆交通量进行判断估算，这对提升填筑路基的使用寿命，有效预防沉降现象，确保公路建设质量都有着积极的作用。

3 土方路基高填方工后沉降的分析与预测

3.1 土方路基高填方工后沉降预测方法

3.1.1 静态模型预测法

（1）双曲线模型。目前双曲线法是路基沉降变形预测的主要方式之一，其根本原理在于以实测沉降数据为基础，将沉降量同时间之间的关系以双曲线的形式绘制出来，通过对双曲线的变化趋势进行预测估计高填方路基变化趋势或者沉降值，在双曲线模型建立的过程当中，任意时间的沉降值变化通过以下公式表示：

式中：St——t时刻的沉降值；

a、b——特定的经验系数，二者的获取以实测资料数值为基础，在线性回归方法的运用之上求得。

（2）指数曲线模型。指数曲线模型法的原理与双曲线模型基本类似，通过在曲线上所获得的实测数据，运用软件进行拟合得出最终沉降值。该模型建立过程中可以以太沙基的一维固结理论为基础，该理论中认为孔隙水中的压力会随着时间的变化而呈现出一定的曲线关系，所以对于弹性土体而言，土体压缩变形沉降的过程也会呈现出一定的指数曲线关系，在此过程中，确定该时刻的固结度，就能够实现此刻高填方路基沉降的推算。表达公式如下：

式中：U——土体平均固结度，计算公式为；

St——t时刻所对应的沉降值；

Sd——瞬时沉降；

S∞——表示沉降的最终值。

3.1.2 动态模型预测法

（1）灰色系统法。灰色系统法建立于数学理论基础之上，其最重要的特点就是利用较少的数据以及不确定性的信息建立动态微分方程，该模型建立在GM模型基础之上，以GM 模型为定量预测，通过随机数据列出的时间变化经过一定方式的累加，保证其变成非负递增的数据列，并通过该方程加强对路基结构形态的认识，从而以灰色关联空间为依托，对土方路基高填方工后沉降作用机理进行深刻理解。

（2）人工神经网络法。所谓的人工神经网络法就是通过对人体大脑思想的借鉴，完成传统的函数关系到非线性映射的转变。该过程当中可以对影响高填方路基沉降的复杂因素进行详细表达以及变化规律的推导。整个过程当中首先通过监测网络的布置获取沉降数据值，在软件拟合曲线的辅助之下建立神经网络模型；模型建立完成之后通过误差逆传播原理对其进行训练；当训练成熟之后根据整体思想完成路基沉降的预测，整个过程当中可以及时地对偏差进行调解处理[2]。

4 土方路基高填方工后沉降控制措施

4.1 施工前的预防沉降措施

（1）做好地质勘察，完善施工设计。施工前的地质勘察重点在于施工路段的水文地质条件，所以应对其土壤特质水系分布等有详细了解，尤其对软土地基存在的位置特点进行重点关注。该过程中根据实际勘察情况，对地基的沉降量以及水平位移进行分析，按照相关设计规范需求对路基稳定性进行验算。造成路基沉降的原因有很多，但不同地质条件的地基控制存在差异性，所以标准也会有一定的差异，需要结合以往的成功经验完善施工设计方案，方案包括软土路基的处理加固、也包括路基填筑工序压实指标，当然压实度检测方式也是重点内容。另外在施工方案制定完毕之后需进行技术交底，从根本上保证方案的有效执行以及施工质量。

（2）合理选取填料，注重软土处理。在施工过程中，为保证成本控制以及施工效率，通常会选取施工沿线的料场提供各种原料。所以在对沿线料场进行填料选取过程中，首先要完成试验检测，保证该料场所提供的填料符合施工标准，检测的内容包括液限检测、塑限检测以及含水量颗粒分析等，确定所选取的填料符合标准，并进行相应对比实验来保证材料选取符合施工需求。通常情况下路基填料的含石量越高，路基越为稳固，沉降位移发生概率越小。所以要严格控制填料的质量，避免人为操作不当影响施工质量[4]。

4.2 施工中沉降控制措施

（1）材料运输进场保证质量。土方路基高填施工填筑材料是基础，所以必须要实现严格的质量控制避免以次充好的现象产生。该过程当中需要从运输以及进场两方面进行综合控制，运输的过程当中，通常采用自卸式汽车进行运输，需遮盖篷布避免雨水侵袭，且在运输到达现场之后由专门负责人员进行卸料指挥验收工作，施工现场的材料铺摊需要分层有序进行，保证摊铺厚度满足实际需求，并预留一定的虚铺厚度便于后期压实。值得注意的是，在此过程当中无论是材料的采购还是设备的选取都应该实现专项控制、专项管理，确保材料性能，确保机械性能。

（2）严格压实控制，保证压实度。填料压实是整个工序当中最重要的工序，压实进行前首先要保证选择合理的压路机型号并对填料的含水率进行检测。若填料的含水率过高可以通过翻晒处理降低含水率，若含水率过低可以通过相应的洒水闷料处理保证含水率方便碾压施工。通常情况下碾压施工从路基两侧向中间进行压实曲线段由内向外进行压实，而且碾压的速度根据坡度进行控制，整个碾压过程当中保持由低向高匀速进行碾压。在对路基边缘进行碾压的过程当中，要保证压路机和路基线完成有效衔接，保证无漏压产生。压路机无法完成的碾压工作，要进行人工压实。值得注意的是高填方填筑路段的压实工作应优先进行安排，确保沉降期的预留。在对不良地质路段压实的过程中填筑速度、压实速度必须要根据水平位移来进行合理有效控制。

4.3 做好施工监测，注重沉降观测

为保证施工质量，施工过程需要配备专业知识过硬、经验丰富的施工人员作技术指导。从填料选择到施工工序计划进行严格把关，保证高填方路基施工高效、高质量地进行。施工过程中的监测工作一定要予以重视，保证及早发现，及早分析问题，及早完成处理。沉降的控制应贯穿于路基施工的全过程，在准备阶段，应完成沉降观测点的设置。观测点的设置应选取2～3个为最佳，通过水准仪以及全站仪的辅助，保证高精度、高稳定性的观测曲线的测绘。观测频率根据施工进度和沉降位移的数值来确定，可以采取每天多次进行观测，若位移沉降数值较小，则表明整体趋势较为平稳，可适当地调整延长频率。不过随着填筑高度的增加，相应的观测密度也应该有所增加便于施工质量的分析，同时及时有效地做出调整[5]。

5 结束语

综上所述，高填方路基施工不仅工程量大且工期长，其中涉及问题比较繁琐，控制起来难度较高。关于土方路基高填方的沉降，针对性地分析原因并采取相应的措施才能够实现有效的控制。施工过程中要从实际勘察入手，严格执行填料选择标准，通过有效的观测，及时地进行沉降控制，保证路基结构的稳定性和耐久性，从而提升公路施工质量及运行安全。