路基路面沉降的原理与施工控制技术

任黎明 刘凡

（山东宇通路桥集团有限公司， 山东 广饶 257300）

对于公路工程来说， 若出现路基路面沉降问题会导致公路结构受到破坏， 车辆通行舒适性、 安全性就会受到影响。 由于沉降范围大小所产生的病害类型也是不同的， 若不及时采取科学的处理方法进行修复，就会使得病害问题扩大， 严重时还会出现局部坍塌等安全事故。 因此， 对路基路面沉降机理进行分析， 总结出科学有效的控制技术意义重大。

1 路基路面沉降的危害

1.1 缩减路基路面使用年限

公路在长期运行中， 由于自身荷载以及车辆荷载持续作用之下， 路基表面会出现蠕变的问题， 而实际上蠕变的速度是比较缓慢， 所以短时间内不会给路面结构的质量产生任何的影响。 但是对于整个工程的路基路面来说， 最为关键的位置时桥梁和道路的连接部分， 因为刚度性能有明显的差异， 所以并不会出现蠕变的问题， 因此， 原先平坦的路面出现了差异性的沉降问题， 随着沉降日益严重， 在车辆经过该位置之后会发生跳车的问题， 原路面长期受到动荷载的持续作用，不均匀沉降问题更加的严重， 使用寿命缩短明显。

1.2 增大交通事故发生概率

车辆在路面行驶时， 跳车现象比较常见， 一般都是在路基路面沉降路段内出现。 高速公路是哪个车辆行驶速度是非常快的， 即使是很小的沉降差也会导致交通事故的发生。 从大量的实际经验分析可以发现，如果桥梁和道路路面接触的部位出现了沉降差在15mm以上， 在车辆行驶时就会导致跳车问题的发生，车辆行驶安全无法保证， 诱发安全事故， 威胁人们的生命与财产安全。 由此可见， 高速公路出现沉降差的问题， 会诱发比较严重的交通事故问题， 发生率升高比较明显， 产生极大的危害， 所以要充分的重视这种病害问题。

2 路基路面沉降原因分析

在公路项目建设环节中， 对于道路建设要求非常高， 因此路基变形问题要做好控制。 相对于软土路基来说出现变形问题主要是以路基沉降形式体现的。 路基沉降不仅会导致路基结构受到破坏， 同时还会是的路面结构破坏， 其破坏形式主要有桥头跳车、 车辙、 起拱、 坑槽等类型， 以下对常见的沉降原因进行详细分析。

2.1 交通荷载引起的路基沉降

因为瞬时沉降以及次固结沉降问题的出现， 导致路基发生一定的变形， 相对较小， 所以本次具体根据主固结沉降展开详细计算与分析。 按照目前已经掌握的数据参数， 通过计算分析各项数据信息， 选择应用压缩模量的方式对于路基沉降参数进行计算。 根据需要从交通荷载的路基形成的附加参数展开计算分析， 再通过压缩模量公司计算， 得到下表1 中的数据信息。

表1 沉降修正系数取值

当压缩模量为10MPa时， 标准轮下降量就会出现变化， 此时其下降量为87mm； 此外当超载轴重处于500kN时， 沉降量参数会增加， 观察科学其达到了435mm； 当压缩量参数变化为25MPa， 标准轮压轴重均发生了变化， 通过相关参数分析可以了解到， 路基沉降量的变化参数是随着填土压缩量的提升而变小的， 同时， 超载也会到沉降参数增加。

2.2 路基自身重力引起的沉降

路基自重是长期作用之下， 压缩模量会发生很大的变化， 所以沉降比较大的情况下， 路基结构的自身沉降量会因为压缩模量的增大而不断， 在压缩模量达到5MPa时， 路基土的自身沉降量只有4.5mm的情况下， 就可以不考虑。

2.3 桥头搭板设置不合理而导致的沉降变形

路基牛腿的结构是主要的压力承受部分， 路基上部的桥头搭板设置有弹性的支撑结构， 二者受到的承载力有着很大的不同， 并且存在不均匀的问题， 分析桥台结构的受力条件， 道路桥梁会长期受到车辆荷载的碾压作用， 并且车辆在行驶时， 路基结构的部位和桥梁搭板的位置处于压力峰值之间， 车辆连续运行的情况下， 桥头塔板会出现塑性变形的问题， 长期受到作用力的影响而导致沉降变形的问题。

3 沉降段的路基路面施工

3.1 搭板的安放设置施工

1） 在搭板使用之前， 进行水平与垂直方向的全面检查， 保证钢结构的材料质量合格， 各项性能指标符合工程的技术标准要求。 因为车辆长期负荷的作用之下， 会导致裂缝问题的发生， 所以应该在施工中，确保施工项目有序的进行， 这就需要在桥台的部位上铺设搭板的结构， 确保搭板设置的水平与垂直方向上都符合质量标准， 且要严格检查钢结构材料的质量，确保性能合格， 需要通过锚栓进行加固处理， 搭板结构的强度、 稳定性满足要求。 此外， 在现场施工中，应用加固锚栓为22 号、 长度为75 ～80cm的钢筋加固处理， 保证稳定性达标； 2） 安装搭板支座。 在搭板结构正式施工前， 一般都会结合现场的具体情况安装搭板支座， 其通常安装到搭板结构的下部， 铺设厚度为1 ～2cm的油毡垫层的结构， 主要的目的是支撑搭板结构， 保证间距为80cm左右， 达到稳定搭板结构的效果， 支座的选择极为重要， 保证结构尺寸合格，且安装距离适当， 提高结构性能； 3） 牛腿上缘与临近台端上缘的位置设置倒角的形式。 路基搭板结构的施工容易受到外部作用力的影响而发生振动的问题，导致结构稳定性不合格， 沉降问题会更加的严重。 因此， 在该位置上设置倒角的形式， 从而可以防止出现搭板不正常的移动问题， 保护搭板结构的稳定性， 不会出现结构损坏的问题， 还可以全面提高结构的性能， 为整体结构运行效果提升起到一定的促进作用；4） 在项目开展环节中， 对于填充材料的资料需要详细分析， 确保材料性能指标满足实际需求。 同时在搭板与顶板施工时还需要控制好两者的对接性， 使其能够符合施工需求。 议案来说， 进行搭板施工环节中，考虑到工程的稳定性一般来说在顶层位置与基层位置要控制好间隔距离， 距离设定要以10cm要求为主。并且在地层面铺设之前， 要将水泥碎石凿除， 保证平整度相关参数符合工况需要。

3.2 路桥路基施工处理技术

现代社会高速发展， 施工技术水平得到很大的提升， 很多先进科学技术应用到工程中， 路桥与路基技术水平也有了非常大的提高， 对于促进公路运行质量的提升有着极为重要的价值。 1） 如果路基形式为软土路基， 选择合适的施工技术可以满足要求。 浅层的软土路基机构形式， 应用平铺土工布的方式处理， 可以防止路堤与桥台之间出现沉降严重的问题， 而对于软土路基厚度较大的情况下， 应该适当的减少填料的数量， 利用土层结构的强度实现固定处理， 保证不会发生严重的沉降问题； 2） 路基为沟壑地形条件下，因为其孔隙比较大、 含水量比较高， 所以应用粘土层更换处理之后， 可以符合工程的标准要求。 在施工中， 换土层的厚度要根据软土层的实际情况确定， 粘土层开挖施工完毕后， 进行必要的翻晒处理， 预留0.6m的厚度进行回填作业， 并且使用石灰土回填处理， 达到密实度的标准。 经过处理之后， 路基结构强度性能提升比较明显， 防止路基发生严重的沉降问题。

3.3 台后填筑施工

要想有效的处理路基沉降变形的问题， 台后填筑施工环节， 尽量选择使用轻型施工材料， 这样可以满足施工要求， 还可以降低自重。 因为台后填筑施工的压实度性能要求非常高， 所以在施工前选择合适的施工材料， 保证其透水性符合标准要求， 目前主要是砂砾土、 碎石土、 工业废渣等材料， 科学技术发展， 很多新型材料研发和应用， 泡沫混凝土、 泡沫聚苯乙烯等成为主要的填充材料， 施工效果明显。

3.4 路基路面养护施工

针对路基路面沉降问题， 在施工环节中做好路基路面养护控制格外重要。 一般来说， 在路基路面养护施工时， 需要按照具体项目情况， 合理的选择养护方法保证养护效果满足实际需要。 就当前来说在养护时可以选择“石砌坛工防护法” 进行维护作业， 在具体操作时对于路基路面损坏的位置可以及时进行防护处理， 能够控制路基沉降问题出现， 大大提升了养护效果。

4 工程技术实例解析

某高速公路的其中一个标段长度为9.2km， 设计为双向四车道的形式， 荷载等级为I级， 设计行驶速度为80km/h； 该工程采用在整体式路基结构形式，其宽度为26.4m； 分离式路基形式， 宽度为19.4m。在工程中有隧道、 桥涵等组成结构， 所以工程量巨大， 施工复杂性较高。 经过现场施工情况的分析和研究， 该路基和桥梁根据常规设计方案进行， 路基开挖采用从上到下的顺序逐步进行， 对于机械无法进入的地带， 可以采用人工作业方式开挖施工， 边坡结构通过光面爆破的方式进行， 确保边坡结构达到稳定的标准。 通过分析了解沉降的原因， 发现该路段出现了水管断裂的情况， 由于水压存在较大的冲击力， 造成了其中一个位置上块石层与外侧填土结构发生冲刷而损坏， 造成路基发生下沉的情况。 工程技术人员展开全面的分析， 最终对该沉降路段采用双液压力注浆施工方案， 以保证结构性能合格。

4.1 合理布置注浆孔

在现场勘察之后， 发现某桥梁引道位置的桌边区域内， 距离轴线3.6 ～4.6m的外侧设置注浆孔可以满足要求， 应用φ110mm的钻头开展钻进施工， 在钻入到老土层结构后， 调整为φ90mm的钻头继续钻进施工。 按照从外到内的顺序逐一进行施工， 设置4 ～5排注浆孔结构， 如果现场条件不允许， 可以适当的减少注浆孔， 采取梅花形设置的方式， 注浆孔纵横间距为1m×1m， 并且落实深度控制措施， 一般为13.0m。在内侧注浆孔设置时， 保证其可以倾斜到基础地面上， 和建筑物的轴线距离保持1.5m为最佳。 在该路段中， 另外两侧还要个设置一排注浆孔， 钻入到原状土3.5 的深度输尿管， 并且注浆时随时做出调整。

4.2 成孔的施工工艺

成孔施工中， 从外到内逐步进行施工， 成孔通过钻探方式来实现， 开孔口径为φ110mm， 终孔口径在φ90mm以内。 通过内排成孔的情况下， 利用倾斜的方式从外到内逐步进行施工， 内排孔要向墙体倾斜90 ～100mm， 其他孔则保持竖直性。 在施工环节， 通过清水钻入的方式， 确保孔壁渗透性符合要求。 在现场施工环节， 发生垮塌的问题， 通过套管做好防护处理，确保可以达到清洁的标准。 注浆环节， 成孔深度根据地质条件设定， 深度在13m以上， 确保成孔进入到原状土的深度在3m以上。 每个成孔都必须进行标注，不会引发施工损坏的问题。 注浆成孔后， 为了防止钻探水压力而产生地基下沉的情况， 应该减小水压力，保证钻入施工顺利进行。

4.3 注浆筛管以及止浆塞的施工工艺

要想保证施工质量合格， 注浆筛管应用φ25mm镀锌管或者PPR管， 同时在管道的底部的2m部位上设计为4 排小孔， 并且做好封闭处理。 成孔工作施工结束后， 才能开始或许注浆筛管施工， 保证筛管上部和套管进行稳定的连接， 下部和底部相距0.2m的部位上， 再下入1 根长度为2m的通气管。 将准备好的材料通过注浆管直接注入到内部， 并且做好振捣处理， 保证其在地面以下1.8m， 保证达到强度要求后才能开始注浆施工， 在施工后通过止浆塞以保证结构的密封性。 如果在现场要设置注浆孔， 套管需要设置在建筑基础以下， 同时套管周边通过混凝土密封处理。

5 双液配置工艺以及注浆工艺

5.1 双液配置工艺及配置比例

在现场施工中， 通过使用后双液配置的方式， 材料的质量对于注浆施工效果有着直接的影响， 所以配置时应该经过反复、 多次试验检测， 确保材料的性能合格。 双液配置的环节， 保证水泥∶水∶水玻璃＝1∶0.5∶0.005， 加强材料的控制， 使用普通硅酸盐水泥， 水的质量合格， 且水玻璃、 膨胀剂等都符合要求， 结合现场情况做出改进和调整， 保证成浆的质量达标。 在现场配制环节， 首先在搅拌筒内加入必要的清水， 通过搅拌机注入水泥， 并且加入规定比例的膨胀剂， 搅拌5min。 搅拌的浆料过筛处理， 然后存储在桶内备用。 注浆开始之前， 需要给内部加入速凝剂， 以防止发生堵塞的问题， 并且快速搅拌1min 才能进行注浆施工。 浆液配制环节， 桶直径为1m， 高度为1m， 每一次制浆的数量为0.6m， 根据要求做好配置工作，一般按照0.7m清水∶5 包水泥∶20kg膨胀剂进行设置，并且实施搅拌处理， 以达到施工效果。

5.2 注浆施工工艺

本次工程在施工中， 选择应用的是活塞式水泵设备， 通过单管或者双管的方式注浆施工， 注浆环节必须按照从下到上的顺序进行施工。 在现场施工时， 保证钻孔的清洁度合格， 通过高压胶管连接孔内长注浆筛管以及注浆机， 把制作合格的浆液直接注入到内部。 注浆施工全部完成后， 在通气管内加入必要的水泥浆液， 并且做好通气管的封闭处理。 水泥浆液利用压力过筛眼， 然后进入到土层结构内。 在注入浆液的过程中， 根据施工工艺方案要求进行， 在注浆机压力表升高的情况下， 注浆压力也要做好控制， 保证浆液从稀到稠的变化。

注浆压力达到2 ～2.5MPa时， 保持2min 的时间，即可完成注浆施工， 然后是进行注浆筛管的封闭处理， 保证各个管道连接的性能符合要求， 达到注浆施工的技术标准。 在现场注浆施工中， 如果发现注浆孔的上部回填土出现松散、 冒浆等问题， 要立即停止注浆， 时间为1 ～2h， 保证之前注入的泥浆达到初凝的状态之后， 才能继续进行注浆施工。 通过内排倾斜的注浆孔进行施工， 需要适当的增加注浆的压力， 在注浆结束后， 水泥达到初凝的状态即可拔出内部的套管和筛管， 重复利用， 达到降低成本的效果。

5.3 注浆深度以及效果检测

在本次工程的施工中， 注浆施工作业深度为4 ～13m， 注浆成孔套管直接深入到地表以下4m的深度上， 筛孔预留4m不进行钻孔施工。 结合不同地质条件选择不同的设计方案， 根据现场的情况调整施工工艺方案。 注浆效果的检测也极为重要， 一般在某个区域施工结束后， 抽检3 ～5 个注浆孔即可。 检测确定注浆施工工艺， 地基土层胶结情况包含区域内地基承载性能的检测， 并且根据抽芯检测孔方式完成注浆封孔处理。 在项目施工结束后， 对于现场的沉降量进行观测， 评估项目施工的质量。

6 结语

综上所述， 路基路面沉降的问题比较严重， 需要结合设计方案的要求， 以国家标准和行业规范为出发点， 合理进行引道、 桥台部位的施工处理， 综合分析路基的实际情况， 选择最佳填充施工材料， 保证排水效果合格， 防止出现不均匀沉降的问题， 不会出现跳车的问题， 提高公路运行效果， 保障交通安全性。