公路施工中產(chǎn)生路基沉降的原因及其處理方法

路基是路面的基礎(chǔ),路基不均勻沉降必然會引起路面的不平整,導(dǎo)致路面產(chǎn)生許多病害,主要表現(xiàn)為坑凹、起拱、波浪、接縫臺階、碾壓車轍、橋頭或涵洞兩端路面沉降、橋梁伸縮縫的跳車等,不僅難以滿足汽車高速行駛的要求,而且還會增加汽車的燃料消耗和輪胎磨損,加大運(yùn)輸成本,增加運(yùn)輸時間,降低社會經(jīng)濟(jì)效益甚至危及行車安全,必須做好公路路基的設(shè)計和施工工作。
　　1、施工前的準(zhǔn)備
　　1.1在全面熟悉設(shè)計圖紙和設(shè)計交底的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場核對和施工調(diào)查，核實工程數(shù)量，編制土石方調(diào)配方案和實施性施工組織設(shè)計。進(jìn)行施工測量及放樣，施工放樣所用儀器須經(jīng)標(biāo)定，滿足精度等級要求。
　　1.2進(jìn)行路堤基底的處理，清除樹根、草皮。路堤基底清理后要進(jìn)行壓實。經(jīng)過水田池塘、洼地時，根據(jù)具體情況采用排水疏干、換填、拋石擠淤等處理措施，確保路堤的基底具有足夠的穩(wěn)定性。
    1.3填料的選擇，對路堤填料進(jìn)行試驗，不得使用不適用于高速公路路基填料的材料。
　  1.4試驗段施工，通過試驗段來確定不同的壓實機(jī)具不同填料適宜的松鋪厚度和相應(yīng)的碾壓遍數(shù)，最佳的機(jī)械配套和施工組織。
　  1.5路基填筑、土方填方采用分層攤鋪，應(yīng)保證修整路基刷坡以后的路堤邊緣有足夠的壓實度。石方、土石混填路堤的填筑，石料強(qiáng)度應(yīng)大于設(shè)計值，要分層攤鋪、分層碾壓。
　  1.6挖方路塹基底必須根據(jù)實際情況采用有效措施進(jìn)行處理，如進(jìn)行換填、做盲溝、加深邊溝深度等。
路基是路面的基礎(chǔ),路基不均勻沉降必然會引起路面的不平整,導(dǎo)致路面產(chǎn)生許多病害,主要表現(xiàn)為坑凹、起拱、波浪、接縫臺階、碾壓車轍、橋頭或涵洞兩端路面沉降、橋梁伸縮縫的跳車等,不僅難以滿足汽車高速行駛的要求,而且還會增加汽車的燃料消耗和輪胎磨損,加大運(yùn)輸成本,增加運(yùn)輸時間,降低社會經(jīng)濟(jì)效益甚至危及行車安全。
    2、路基不均勻沉降的原因
造成路基不均勻沉降的原因有以下幾方面：
    2. 1路基填土壓實度不足
由于壓實度不足，往往導(dǎo)致填方路基的不均勻沉降變形，路基兩側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫，路基土體壓實度不足的主要原因有以下幾點(diǎn):
    2.1.1施工受實際條件的限制。路基施工時，天氣太干燥，局部路堤填料粘土土塊粉碎不足致使路基壓實度不均勻;暗埋式構(gòu)造物處因構(gòu)造物長度限制使路基邊緣不能超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠;某些加減速車道與行車道沒有同步施工，當(dāng)拼接處理得不好時，其拼接處也會產(chǎn)生壓實度不足的情況。
    2.1.2考慮到施工安全和進(jìn)度，使得壓力或壓力作用時間不足，路基壓實不充分，致使路基壓實度達(dá)不到規(guī)范要求。
    2.1.3由于填方土體的最佳含水量控制不好，壓實效果達(dá)不到規(guī)范要求。
    2.1.4在填方路堤施工中，當(dāng)路堤施工到一定高度以后，路堤邊緣土體往往存在壓實度不足問題，對于較高的填方路基，通常都要做相應(yīng)的處治。
    填方土體壓實度不足，其結(jié)果是土體前期固結(jié)壓力小于自重應(yīng)力和各種附加應(yīng)力之和，在自重作用下就會發(fā)生沉降變形，這些附加應(yīng)力主要來自以下幾個方面:車載，尤其超載情況;含水量變化造成土體容重的改變;地下水位升降而導(dǎo)致浮力作用改變;土體飽和度改變，引起負(fù)孔隙水壓力改變。這些附加應(yīng)力引起土體中有效應(yīng)力改變，從而導(dǎo)致土體發(fā)生壓縮變形。
    土體壓實度不足還會導(dǎo)致填土路基的側(cè)向變形。目前采用的地基沉降計算方法是假定側(cè)向完全受限，僅有豎向變形，實際路基土中存在有側(cè)向變形，這種側(cè)向變形會引起沉降。
    在公路施工中，路基壓實度質(zhì)量的控制至關(guān)重要。壓實度不達(dá)標(biāo)是造成路面破損，使用狀況差，通行能力差，交通事故多的主要原因。雖然造成路面破損的原因很多，如：軟土地基處理不當(dāng)，路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計不合理，施工質(zhì)量差等，但其中一條重要的原因就是路基施工中壓實度指標(biāo)達(dá)不到要求。對路基結(jié)構(gòu)層充分壓實，才能保證路基強(qiáng)度、剛度及平整度，保證及延長路基、路面的使用壽命。路基壓實度達(dá)不到要求是造成路面局部沉陷或過早破壞的主要原因。在路基施工中的交工驗收時,把壓實度作為主要質(zhì)量控制指標(biāo);同時也說明壓實度是較難掌握和達(dá)到的指標(biāo)。因為影響因素較多,所以在進(jìn)行高等級公路路基施工過程中,必須結(jié)合實際情況,認(rèn)真分析各種因素及其對壓實度的影響程度。   　   　

2、2影響壓實效果的主要因素有：
　  2.2.１．含水量的影響
　土的含水量對壓實效果的影響很大，無論是路基壓實還是溝槽回填均應(yīng)控制其含水量。嚴(yán)格控制含水量在最佳含水量的±２％的范圍內(nèi)。土在此狀態(tài)下，土粒間引力較小，保持有一定厚度的水膜，起著潤滑作用，外部壓實功較易使土粒相對移動，壓實效果最佳，且碾壓完成后土體穩(wěn)定。當(dāng)土中含水量過大時，孔隙中出現(xiàn)了自由水，壓實時不可能使氣體排出，壓實功能的一部分被自由水所抵消，減小了有效壓力，壓實效果反而降低。當(dāng)土中含水量較小時，土粒間引力較大，雖然干容重較小，但其強(qiáng)度可能比最佳含水量時還要高，可是此時因密實度較低，孔隙多，一經(jīng)飽水，其強(qiáng)度會急劇下降，進(jìn)而影響路基的穩(wěn)定性。在最佳含水量時土處于硬塑狀態(tài)，較易獲得最佳壓實效果，壓實到最大密實度的土體，水穩(wěn)定性最好。
　  2.2.２．土質(zhì)的影響
　不同性質(zhì)土的壓實性能是不一樣的，就填土壓實而言，最適宜的是砂礫土、砂土和砂性土。這些土易壓實，有足夠的穩(wěn)定性，沉陷小。最難壓實的是粘土，在潮濕狀態(tài)下這種土不穩(wěn)定，最佳含水量比其他土類大，而最大干密度卻較小，但經(jīng)壓實的粘土仍具有良好的不透水性。根據(jù)壓實試驗，在相同的壓實功作用下，不同的土類具有不同的最佳含水量和最大干密度。在同一壓實功能作用下，含粗顆粒較多的土，其最大干密度越大，而最佳含水量越小，即隨著粗粒土增多，其擊實曲線的峰點(diǎn)越向左上方移動。在道路施工時，應(yīng)根據(jù)不同取土場的不同土類，分別確定其最大干密度和最佳含水量。
　  2.2.3壓實功能
　 對于同一類土，其最佳含水量隨著壓實功能的加大而減小，而最大干密度則隨壓實功能的加大而增大。當(dāng)土偏干時，增加壓實|來源|考試|大|功能對提高土的干密度影響較大，偏濕時則收效甚微。故對偏濕的土企圖用加大壓實功能的辦法來提高土的密實度是不經(jīng)濟(jì)的，若土的含水量過大，此時增大壓實功能就會出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象。另外，當(dāng)壓實功能加大到一定程度后，對最佳含水量的減小和最大干密度的提高都不明顯了，這就是說單純用增加壓實功能來提高土的密實度未必合算，同時壓實功能過大還會破壞土體結(jié)構(gòu)，使效果適得其反。
　  2.2.４．壓實工具及壓實層厚度
　 不同的壓實工具，其壓力傳播的有效深度也不同。夯擊式機(jī)具傳播最深，振動式次之，碾壓式最淺。一種機(jī)具的作用深度，在壓實過程中不是固定不變的，土體松軟壓力傳播較深，隨著碾壓遍數(shù)增加，上部土層逐漸密實，土的強(qiáng)度相應(yīng)提高，其作用深度也就逐漸減小。當(dāng)壓實機(jī)具的重量不大時，荷載作用時間越長，土的壓實度越高，則密實度的增長速度隨時間而減??；當(dāng)壓實機(jī)具很重時，土的密實度隨施荷時間增加而迅速增加，超過某一限度后，土的變形急劇增加，甚至達(dá)到破壞；當(dāng)壓實機(jī)具過重，以至超過土的強(qiáng)度極限時，會立即引起土體結(jié)構(gòu)破壞。
　　壓實過程中，壓路機(jī)速度的快慢對壓實效果也有影響，當(dāng)對壓實度要求較高，以及鋪土層較厚時，行駛速度要慢一些。碾壓開始宜用慢速，隨著土層的逐漸密實，速度逐步提高。開始時土體較松，強(qiáng)度低，適宜先輕壓，隨著土體密度的增加，再逐步提高碾壓強(qiáng)度。當(dāng)推運(yùn)攤鋪土料時候，應(yīng)力求機(jī)械車輛均勻分布行駛在整個路堤寬度內(nèi)，以便填土得到均勻預(yù)壓。正式碾壓時，若為振動壓路機(jī)，第一遍應(yīng)靜壓，然后振動碾壓，且由弱振至強(qiáng)振。這樣的話，既能使整個填土層達(dá)到良好、均勻的壓實效果，還保證了路基的平整度。
　　每一壓實土層的密實度隨深度的增加是呈遞減趨勢的，在表面５ｃｍ范圍內(nèi)的密實度最高，底部最低。路基填土層的壓實厚度和壓實遍數(shù)與壓實機(jī)械類型、土的種類、壓實度要求有關(guān)，具體應(yīng)通過做試驗段來確定。如果壓實遍數(shù)超過１０遍仍達(dá)不到規(guī)定的壓實度要求，則繼續(xù)增加遍數(shù)的效果很小，應(yīng)減小壓實層厚度，或考慮更改碾壓機(jī)械和施工工藝
　  2.2.5碾壓厚度及碾壓遍數(shù)
　  壓實厚度對壓實效果具有明顯影響。相同壓實條件下（土質(zhì)、濕度與功能不變），由實測土層不同深度的密實度或壓實度得知，密實度隨深度呈遞減，表層5cm最高。不同壓實工具的有效壓實深度有所差異，根據(jù)壓實工具類型、土質(zhì)及土基壓實的基本要求，路基分層壓實的厚度有具體規(guī)定數(shù)值。通過大量的實踐證明，碾壓應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸?，碾壓層過厚，非但下層的壓實度達(dá)不到要求，而且碾壓層上層的壓實度也要受到不利的影響。同時，碾壓的厚度隨所用的壓路機(jī)的類型而變。壓實功能對壓實效果的影響，是除含水量以外的另一重要因素。壓實功能與壓實效果曲線表明：同一種土的最佳含水量隨功能的增大而減小，最大干容重則隨功能的增大而提高；在相同含水量的條件下，功能越高，土基密實度越高。據(jù)此規(guī)律，工程實踐中可以增加壓實功能，以提高路基強(qiáng)度或降低最佳含水量。但必須指出，用增加壓實功能的辦法提高土基強(qiáng)度的效果有一定限度，功能增加到一定限度以上，效果提高愈為緩慢。
　  2.2.6碾壓方式
　  路基的施工技術(shù)規(guī)范都要求碾壓時必須“先輕后重，先慢后快，先邊緣后中間”，這是碾壓時的總原則。這種合適的碾壓方式既有利于提高壓實度，又有利于提高平整度。但是，這種方式不是萬能的，遇到特殊情況，碾壓方式要隨之改變。如碾壓碎石穩(wěn)定土?xí)r，由于土基中含有一定的碎石，采用高頻低輻，緊跟慢壓就比較好。碾壓過后不但密實而且平整，在有超高路段時，則宜先低后高。壓實是路基施工的最后工序，是保證路基質(zhì)量使其物理力學(xué)性質(zhì)和功能特性符合設(shè)計要求的重要環(huán)節(jié)。而影響路基壓實質(zhì)量的因素來自各個方面，既有自然因素，又有人為因素，為此要求我們在施工中嚴(yán)格控制碾壓施工中的各個環(huán)節(jié)，保證路基壓實質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。
　  2.2.7碾壓速度
　  在公路施工中，不管使用哪種形式或質(zhì)量的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，其碾壓速度對路基土所能達(dá)到的密度有明顯的影響。碾壓速度低時，單位面積材料的碾壓時間比速度高時要多，因而作用在被壓材料上的能量也大。實際上，傳遞到被壓材料層內(nèi)的能量與碾壓速度成反比。假定使碾壓材料層達(dá)到規(guī)定密實度所需的壓實能量不變，則碾壓速度加倍時，碾壓次數(shù)相應(yīng)加倍，并且碾壓速度過快容易導(dǎo)致路面不平整。
    2.2. 8壓實機(jī)械
    所用機(jī)械對一定含水量下路基土的路面材料的壓實狀態(tài)有很大影響，使用輕型壓路機(jī)只能得到較小的密實度，振動壓路機(jī)比同重量的普通光輪壓路機(jī)的壓實效果要好得多，不但密實度大，而且有效的壓實密度也大。采用光面壓路機(jī)碾壓時，由于碾輪與土或路面結(jié)構(gòu)層材料的接觸面積大，單位壓力較小且壓實工作多，由層的表面向下，上層密實度大于下層，因此光面壓路機(jī)的壓實厚度較小，用光面壓路機(jī)碾壓厚度的填土及路面結(jié)構(gòu)層，既可得到密度結(jié)果，又可以得到平整的表面。輕型和中型光面壓路機(jī)可以用作預(yù)壓，普通中型光面壓路機(jī)更適用于低黏性土和非黏性土，重型光面壓路機(jī)可以成功地壓實黏性土。對于無黏性的砂，不宜用重型光面壓路機(jī)碾壓。但是壓實機(jī)械對土施加的外力應(yīng)有所控制。若施加壓力過大，就會造成壓實過度，浪費(fèi)人力物力，嚴(yán)重的還會對路基有害。施加外力的一般原則是：壓路機(jī)碾壓時的單位壓力，不應(yīng)超過土的強(qiáng)度極限。
    2.2.9集料級配
　  集料的級配對碾壓所能達(dá)到的密實度有明顯影響。實踐證明，均勻顆粒的砂，單一尺寸的礫石、碎石都難于碾壓密實。在級配集料基層或底基層施工中，使所用的集料的級配與室內(nèi)試驗確定標(biāo)準(zhǔn)干容重時所用的集料級配相同是很重要的。在集料發(fā)生離析的情況下，添加所缺的料并進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌韬褪潜匾?。施工中，只有?yán)格控制級配，才能確保達(dá)到規(guī)定的壓實狀態(tài)。
    2.3路堤填料不均勻,控制不當(dāng):
  在公路施工過程中，對填料、級配很難得到有效的控制，填料常常是開挖路塹、隧道掘進(jìn)產(chǎn)生的廢方，這些填料性質(zhì)差異大、級配也相差很遠(yuǎn)。一方面，在施工過程中，如果分層碾壓厚度過大，小顆粒填料和軟弱物質(zhì)很難得到有效壓實，在荷載的長期作用下，回填料會產(chǎn)生不協(xié)調(diào)沉降變形，路面會產(chǎn)生局部沉陷，剛性路面還可能產(chǎn)生裂紋。另一方面，由于回填料的性質(zhì)不一樣，特別是有的回填料具有膨脹性，在路基排水系統(tǒng)局部失效后，水的滲入會使路面局部隆起，影響行車舒適度，嚴(yán)重的會使路面破壞。
    2.3.1路基填料控制不當(dāng)體現(xiàn)在：
1)選用了穩(wěn)定性較差的路堤填料，如采用高液限粘土、粉質(zhì)土或使用淤泥、腐殖質(zhì)含量較高的土料填筑路堤，會使路堤產(chǎn)生整段或局部的變形。
2)采用不同土質(zhì)填筑路堤時，因土的性質(zhì)不同如填筑方法不當(dāng)，碾壓成型后易造成不均勻性沉降。
    2.4地下水的影響
    在地下水的交替作用下,路基土體內(nèi)含水量反復(fù)變化,土體容重在一定范圍內(nèi)波動,更為重要的是由毛細(xì)管張力引起的負(fù)孔隙水壓力可以達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)值,再加上水的軟化、潤滑效應(yīng),可以使土體產(chǎn)生沉降變形。路基或地基中地下水的動態(tài)特征對路基不均勻沉降影響很大，路堤及其地基中的地下水主要補(bǔ)給來源有3種類型，即地下水側(cè)向補(bǔ)給、降雨補(bǔ)給、地表水側(cè)向補(bǔ)給。其動態(tài)變化及潛蝕作用影響到土體中的有效應(yīng)力分布、土體的結(jié)構(gòu)特征和土體強(qiáng)度從而導(dǎo)致路基的不均勻沉降。此外，地基中軟土層一般總為飽和軟土層，位于地下水位以下，而飽和軟土層沉降變形總是以滲透固結(jié)和次固結(jié)沉降為主，并需要相當(dāng)長的時間才能基本完成，路基填土及車載等在軟土層中產(chǎn)生附加應(yīng)力，這個附加應(yīng)力首先被軟土層中的水承擔(dān)，如果對軟土層沒有采取強(qiáng)化排水措施或較長時間的超載預(yù)壓，軟土層中的超孔隙水壓力消散時間就很長，有效應(yīng)力增長緩慢，沉降變形就會長時間持續(xù)進(jìn)行。同時研究表明，地下水的動態(tài)變化，將引起土體容重、孔隙水壓力等的變化，尤其是負(fù)孔隙水壓力，可能對土體產(chǎn)生較大的附加壓力，這些附加壓力，能造成填土的附加沉降。
    3、路基產(chǎn)生沉降的處理措施
    3. 1路堤填筑前原地面處理
    3.1.1填筑路堤時首先進(jìn)行原地面處理。
    當(dāng)路堤填筑高度小于1m時，將路基范圍內(nèi)的樹根、雜草全部挖除。若基底的表層土系腐殖土，則須用挖掘機(jī)或人工將其表層土清除換填，厚度視具體情況而定，并按規(guī)定進(jìn)行壓實。路堤通過耕地時，路堤填筑施工前預(yù)先清除表土30cm，由于在表土剝離后基底的含水量高，為保證基底壓實度達(dá)到設(shè)計要求，必須及時進(jìn)行翻松，晾曬和含水量檢測，在最佳含水量時進(jìn)行碾壓，以達(dá)到要求的壓實標(biāo)準(zhǔn)。
    3.1.2坡面基底處理。
    當(dāng)坡面較小(橫坡小于1: 5)時，只需清除坡面上的表層，其處理方法同上;但坡度較大(橫坡大于1: 5)時，應(yīng)將坡面做成臺階，以防止路堤的滑移。臺階的尺寸，依土質(zhì)、地形和施工方法而不同，一般寬度不宜小于1m，而且臺階頂面應(yīng)做成向堤內(nèi)傾斜3%一5%的坡度，并分層夯實。每層都嚴(yán)格控制厚度、壓實度、拱度和平整度，并進(jìn)行檢測，當(dāng)所有臺階填完之后，可按一般填土進(jìn)行。
    3.2路堤填料處理
    路堤填料一般應(yīng)采用砂礫及塑性指數(shù)和含水量符合規(guī)范的土，不得使用淤泥、沼澤土、凍土、有機(jī)土、含草皮土、生活垃圾及含腐殖質(zhì)的土。對于液限大于50，塑性指數(shù)大于26的土一般不宜作為路基填土。   在特殊情況下，受工程作業(yè)現(xiàn)場條件限制，必須使用時，可作如下處理:
    3.2.1控制最佳含水量，為了保證土料在最佳含水量時達(dá)到最佳壓實度，可通過翻曬或是灑水來實.
    3.2.2采用不同土質(zhì)填筑路堤時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：   (1)層次應(yīng)盡量減少，每一結(jié)構(gòu)層總厚度不小于0.5m，不得混雜亂填。   (2)透水性差的土填筑在下層時，其表面應(yīng)做成一定的橫坡(一般為雙向4%橫坡)，以保證來自上層透水性填土的水分及時排出。   (3)合理安排不同土質(zhì)的層位一般采用優(yōu)良土填在上層，強(qiáng)度較小的土填在下層。
   (4)在不同的地質(zhì)填筑的路堤交換處應(yīng)做成斜面并將透水性差的土填在斜面的下部。
    3.3其它注意事項
    3.3.1嚴(yán)格控制填土含水量，施工時要高于最佳含水量1%～2%。
    壓實施工時，土方含水量應(yīng)盡量接近最佳含水量，避免出現(xiàn)壓實時含水量小于最佳含水量，土粒間的潤滑作用不足，即壓力不足以克服土粒間的摩擦力土中的空氣不能排除、土粒間無法靠擾，因而難以達(dá)到最大密實度;如果大于最佳含水量，又會產(chǎn)生由于水分過多，土粒被水膜包圍而分散得過遠(yuǎn)，不能達(dá)到最大密實度。
    3.3.2加強(qiáng)路基邊部壓實
    在土方路堤的填筑過程中，往往由于路基邊部壓實困難，而忽略了邊部壓實工作，為保證邊部壓實強(qiáng)度，需采用J型手扶式振動夯，從而保證路基的整體穩(wěn)定性。
    3.3.3注意不良地質(zhì)段的施工
    對于不良地質(zhì)地段一定要清理軟弱層，設(shè)計給定不足部分也要清理，然后換填透水性材料，低填方路段要注意滿足路基工作區(qū)的要求，有必要時要設(shè)置砂礫隔離層、路基深度、寬度高度都必須到位，不留絲毫隱患。嚴(yán)格按照設(shè)計的各種地基加固處理措施方案和規(guī)范要求進(jìn)行施工，對于設(shè)計方案與實際不符要及時找設(shè)計單位提出變更設(shè)計，避免在地基處理方面因設(shè)計與施工造成的路基沉降。
    3.3.4注意挖方段、填挖交界處施工
    針對這些段必須采用透水性材料換填80cm，充分壓實，在填挖交界處要加長、換填長度、逐步過渡、不要形成突變使荷載應(yīng)力分布均勻，并且兩側(cè)邊溝排水要引至溝底，避免路堤的浸濕。另外就是通過剛性基礎(chǔ)、半剛性基礎(chǔ)、柔性基礎(chǔ)的過渡來消除不均勻沉降.
    4結(jié)語
    路基沉降是影響路基路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性的一個十分重要的問題，我們應(yīng)從設(shè)計方法與施工兩個方面著手，分析路基沉降造成的原因并采取切實有效的措施，以避免及減小路基沉降的發(fā)生。