路基沉降的原因及处理措施

方舰

（贵州遵义路桥工程有限公司，贵州 遵义 563000）

1 路基沉降的发生机理

土体是由空气、水、土颗粒等物质组成的复杂的混合物，而空气为气态，水为液态，土颗粒则为固态，对于三种不同形态组成的混合物其压实过程也比较复杂。土体压实过程中须先排出土体中的空气，接下来排出土体中的孔隙水，最后挤压土体颗粒增加其黏聚力及摩擦力，以提高土颗粒的密实度。此时由于土体的密实度加大，因此空气、水被排出的速度也会下降，土体压缩的速度也随之放缓。具体分析路基的沉降变形可知其主要包括瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降三个阶段。

一是瞬时沉降，当路基土体刚开始加载外部荷载时会出现瞬间的沉降变形，此时土体中的孔隙水无法在一瞬间排出，土体会出现剪切变形，路基的荷载施加方式、速率等均会对路基初始沉降的大小产生直接影响。

二是固结沉降，其发生于土体中的孔隙水开始排出时，超静孔隙水压力消散引起沉降变形，也被称为主固结沉降，是路基土体沉降的主要部分，此时主要是土体体积出现变形，也有极少数情况下会出现剪切变形。

三是次固结沉降，当土体孔隙中的孔隙水完全排出时，超静孔隙水压力完全消散，此时土体骨架会发生变形，即次固结变形，该阶段有效应力已不再发生改变，因此次固结沉降速度十分缓慢，且会持续较长的时间。

沉降变形的瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降三个阶段发生的沉降量的总和即为路基的最终沉降量。在路基沉降过程中虽然不同的阶段有不同的沉降，但每个阶段的沉降并不能做出细致区分，且不同的土质也体现出不同的沉降特点，比如软黏土固结沉降所需的时间要短于其他土质；普通饱和黏土则以固结沉降为主，基本不会出现次固结沉降，瞬时沉降量也极小；饱和软黏土沉降大部分为次固结沉降。具体工程中要根据黏土性质进行有针对性的分析[1]。

2 道路工程路基发生沉降的主要原因

道路工程路基发生沉降的原因十分复杂，多种因素均会对路基沉降产生不同程度的影响，其中最常见的原因主要包括以下几个：

首先，地理位置因素。随着我国公路建设网络的不断完善，很多复杂地势环境也覆盖了交通网络，比如山地、高原等，这些地区地势有着明显的起伏，道路工程建设过程中需要先抬高路基将地势整体铺平，保证道路运营过程中的行车安全。然而，抬高路基无疑增加了路基发生不均匀沉降的风险，且处于复杂环境中的道路工程使用的填料、施工方法可能存在不适宜当地地质环境的问题，又进一步导致路基出现不均匀沉降。

其次，水文因素。上文中提到土体中包含水分，路基沉降过程中需要将土体孔隙中的水分挤压出来，而道路工程如果处于地下水位偏高的位置，土体中的含水量也会随之增加。水体具有润滑、软化的作用，会直接影响到路基的沉降过程。另外，道路工程如果需要穿越江河或其他水利设施，如果施工过程中未做好降水措施，就会导致路基被水浸泡，再加之地下水的影响，路基的含水量不断发生变化，在受到土体毛细管张力的作用后，负孔隙水压力会出现变化，最终导致路基出现不均匀沉降。

再次，材料因素。路基材料的承载性能越好，路基的稳定性就越高，但是承载性能好的材料往往成本也更高，因此某些项目单位为降低材料成本，在选择路基材料时没有充分考虑其渗透性能、稳定性等，比如采用冻土、淤泥等土体作为压实材料，这类材料虽然成本低，但承载性能差，导致路基发生沉降变形[2]。

最后，技术因素。道路工程建设过程中，设计环节、施工环节对于路基的沉降影响较大，设计过程中路基的真实荷载计算不准确，就有可能导致路基出现塌陷等严重质量问题。道路路基的主要作用就是承重，一旦实际荷载超出设计荷载就会导致路基发生不均匀沉降。此外，施工过程机械夯实强度不够、路基分层压实度不符合设计标准等因素也会导致路基出现沉降问题，直接影响到道路工程的整体质量。

3 路基沉降的处理措施

为提高道路工程的质量，要针对路基沉降问题采用合理的处理措施，减少沉降，提高道路工程运营的安全性及稳定性，具体可以采用下列措施：

3.1 路基本体压实处理

上文中提到如果路基实际承受的荷载超出设计荷载就会发生不均匀沉降，因此要合理设计路基荷载，并增加路基本体的压实度，以减少沉降量。路基压实要满足相关的压实标准，具体如表1 所示。

表1 土质路基压实度标准

路基土满足一级公路的压实标准后，需要在此基础上提高压实土压缩模量至30MPa，此时在标准荷载条件下路基内产生的沉降总量为12cm，当荷载为500kN 时沉降量达到58.4cm。虽然标准荷载下沉降量变化较小，但是一旦道路荷载达到500kN 以上，增加的沉降量却是保证路面平整度的重要因素，道路运营过程中超载现象无可避免，因此设计路基本体的压实度时要将超载部分计算在内，以降低路面结构破坏的发生概率。具体压实施工过程中，先摊铺土料进行碾压，再用大型重力式振动压路机进行碾压并压实。如果道路工程处于特殊气候地区或者所用填料比较特殊，可在保证路基强度的条件下适当调整压实度。施工方一是严格按照国家标准、行业标准规范施工，提高整体施工效率；二是根据技术要求、施工现场情况选择合适的机械设备，施工过程中及时检测填土的含水量、松铺厚度等参数，根据检测结果调整压实方案，以保证路基的压实度；三是每天安排技术人员检查当日的施工结果，进一步强化施工质量监督管理，保证施工质量保持较高的水平[3]。

3.2 提高路基压缩模量的措施

常用的提高路基压缩模型的主要措施包括以下几种：

3.2.1 换填法

所谓换填法是用高强度、质地坚硬、稳定性好、抗侵蚀性强的材料换填原本的软土层，并通过压实、夯实、振动等密实处理提高路基的压实度。路基采用换填法进行处理可以将上部荷载扩散至下层，垫层还具有较好的排水性能，能够促进孔隙水排出，加快土体固结，提高路基的承载力。换填法还可以用于一些区域性特殊土的处理，比如应用于膨胀土路基可以消除路基的胀缩作用；应用于湿陷黄土路基可消除其湿陷性；应用于季节性浆土路基时可消除其冻胀力等。具体应用过程中要注意换填的深度控制在0.5～3m 之间，避免垫层过薄起不到应有的作用。

3.2.2 强夯法

强夯法是将重锤由高处自由落下夯击路基，通过降低路基的压缩性提高路基的强度，又称为动力压实法。夯击路基的重锤高度为10～40m，重量在10～40t，重锤夯击可以破坏土体结构，压缩土体孔隙中的水分。土体中的气体体积被压缩至接近零时，土体便不可再被压缩。继续施工荷载至孔隙水压等于覆盖压力时，土体出现液化现象，此时土体会产生裂缝，土体的渗透性增加以排出土体的孔隙水。土体中孔隙水排出后超孔隙水压力也会消散，土体裂缝闭合增加土颗粒的密实度，土体的抗剪强度、变形模量也会得到显著改善。除此以外，还可利用强夯法消除湿陷黄土、可液化砂土等土体类型的湿陷性，提高其抗振动液化能力，但强夯法不适用于深厚层淤泥。使用强夯法时要与袋装砂井一起使用，或者与塑料排水板一起使用，以提高加固效果。实际施工中需要根据现场试夯确定强夯法的有效加固深度，一般情况下单击夯击能在100～200t 时可处理3～6m 的软土路基，以保证加固深度的有效性。

3.2.3 土工合成材料

土工合成材料即以合成材料为原料制成各种产品，比如土工网、土工格栅、土工膜等。土工合成材料主要包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料等，其中土工织物包括无纺型土工织物、有纺型土工织物；土工膜则是在材料上喷涂防水层，使材料表面形成一层不透水膜；土工复合材料则由几种土工合成材料组合制成，主要适用于一些要求比较特殊的工程；土工特种材料主要为特制产品，种类繁多。具体施工过程中要先整平场地，挖除表层土，摊铺土工合成材料，并卸砂石料，最后将填筑材料平整好，压实路基即可。

3.2.4 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩主要是向土体中喷入水泥等固化剂，水泥与土体混合后会产生一系列物理及化学反应而发生硬化，以达到增加路基强度的目的。水泥搅拌桩法在土层中加入固化剂，这样能够充分利用原有土层，对周边建筑物影响较小，并能够根据不同的路基土质灵活选择固化剂及配比，加固形式更加灵活。第一，施工过程中须做好场地平整工作，以为后续的施工工序做好准备；第二，按照施工图纸放线确定搅拌桩的位置，提前做好复测工作，检查各桩位设置是否合理；第三，安装调试好钻机，并将其移动到指定位置；第四，严格按照设计标准配置浆液，注意浆液送泵前需要持续搅拌，浆液配置好后必须在2h 内使用完毕，超出该时间则需要重新制作浆液；第五，在启动搅拌机前要对其冷却水循环功能进行全面检查，保证其功能正常，然后再启动搅拌机切土下沉，直至达到设计深度；第六，钻头反向旋转，一边旋转一边喷浆，钻头提升速度控制在0.5～0.8m/min，钻头提升至距离地面1m 时要放缓速度；第七，按照设计要求对一定深度范围内的桩身进行复拌，以保证土体中水泥浆分布更均匀，复拌的速度控制在0.5～0.8m/min；第八，施工完毕后做好管路、机具的清洗与移位，当水泥土搅拌桩达到设计强度后再凿除超灌部分。

3.3 加强路基施工控制

首先，施工方要制订科学的施工方案，做好道路工程周边环境的勘察工作，详细了解工程所在地的地形、水文条件、温度、湿度、气候条件的具体参数及变化情况，根据勘察数据制订施工方案，强化施工人员的技术培训，做好技术交底，明确技术要点，避免人为因素导致路基出现不均匀沉降。

其次，做好充分的施工准备。道路工程施工前要重点强化路基的处理工作，及时清除施工现场的杂草、石块等，避免杂物影响到施工质量。如某些路段横坡比超过1∶5，则要先进行台阶处理，一般情况下台阶设计宽度不得小于1m，以保证台阶的稳固性，减少沉降现象[4]。

再次，合理应用施工材料。路基填料会对路基沉降产生直接影响，因此要严格控制施工材料的质量，从根本上提高路基路面抗沉降能力。按照相关标准要求，路堤填实的液限指数不得高于50，塑性指数不得高于26；填料中严禁出现影响路基质量的土质类型，比如淤泥、腐殖土、冻土等。施工浇筑时，结构层设计要尽量简单，下方铺设劣质土，上方铺设优良土。路基施工中要采用合适的土工合成材料，比如聚乙烯、聚氨酯等材料具有较好的抗拉伸性能、耐腐蚀性能，在处理软土路基时应用这类材料能够提高路基的水平剪应力，避免堤身失稳的问题，并且能够分散路基荷载；路基土质边坡也要合理应用土工合成材料加强防护，比如拉伸网草皮、种植固定草、网格固定撒种等，防止水土流失，减少外界环境因素对路基的影响。

最后，强化施工细节控制。在整个道路工程施工过程中，特殊路段的路基处理是施工控制重点，填土作业时可采用预压法、超载预压法、砂石桩法等，以保证结构的刚性，通过合理的填土措施降低路基沉降的发生概率；同步建设排水系统，提升最大排水量上限，以减少雨水聚集对路基造成的侵害，最大程度地保护道路路基。

4 结语

总之，随着我国经济的不断发展，道路工程的重要作用也越来越突出，人们对于道路工程的质量关注度也越来越高。路基是道路工程的基础，其不仅需要承受路面的重量、自身的重量，还要承受路面行车加载的荷载，因此路基的稳定性直接影响到道路工程的使用寿命及安全性，本研究分析了路基沉降的发生机理及原因，并提出具体的处理措施，以期与广大同行进行经验交流与探讨。