高填土路基下沉的原因和预防措施
高填土路基下沉的原因和预防措施
在干线公路工程的施工及通车使用一段时间后，高填土路段经常出现路堤整体沉降或局部沉陷，导致路面破坏，从而使公路的使用性能大大降低。2017年，我们承担了G316线旬阳段境内的改建工程，本文通过对 G316线高填土路基施工下沉的原因进行分析，并提出相应的防治对策。
1高填土路基下沉的主要原因
高填土路基下沉的主要原因有软土地基沉陷、路基不均匀沉降、桥梁伸缩缝的跳车、桥梁涵洞两端填土沉降、排水设施不合理或不畅通及施工不够规范等。
1.1软土地基沉陷
在工程施工中，针对路基软土地段都需要进行特殊处理，诸如旧土基属于淤泥土、湿陷性黄土、膨胀土等，以保证公路投入使用后不产生明显的沉陷。但是，因软土的压缩性大，在自重的作用下产生沉降，或处理后的软土地基自然沉降时间不足，在通车运营后，软土地基继续沉陷，导致路基下沉，破坏路面。
1.2路基填料不均匀和控制不严造成的下沉
路基是路面结构的承载主体，承载着路面的主要荷载。其产生不均匀沉陷的原因主要有：首先，逐层或有些单层压实不够，施工人员把关不严，未按照规范要求施工，使得土
基回弹模量降低和路基承载能力不足。其次，路基填料不均匀和控制不严，填筑材料密度差别较大，比如有部分填土为腐殖土、膨胀土、建筑垃圾及工业垃圾等填筑的路段，不同程度地会出现路基不均匀沉降。其三，构造物两侧填土、半挖半填路基的结合部处理不当，造成其压实度不足，由于处理不当而出现填料接缝结合部产生裂缝和沉降。
1.3高填方路堤施工过程中的下沉
由于施工地形复杂，有局部死角或边缘地带碾压机械不容易到达并实施碾压，从而使其下部无法压实，满足不了压实要求。
1.4桥梁涵洞两端沉降
一是由于台背填土未分层碾压或压实机械的作业面狭小或是压实不到位，通车后，引起路基的压缩沉降。二是填筑材料不符合要求或台背填料与台身的刚度差别大，造成不均匀沉降。三是在桥梁、涵洞与路基结合处，常会产生细小缩裂缝，雨水渗入后，使路基产生病害，导致该处路基发生沉陷。四是桥梁伸缩缝在选型和施工时考虑不周和处理不当，产生跳车现象。
1.5 排水设施不合理或不畅通
由于路基的防护、排水系统不完善，造成水流不畅，形成水害，引起路基变形，导致不均匀沉陷。
2高填土路基下沉的防治
2.1特殊地基处理
特殊地基对路基具有极大的破坏性，只要外在荷载在土基上有可能出现有害的过大变形和强度不够等问题时，都要进行必要的处理。一般按处理的部位可分为地基处理和路堤处理，处理的方法如下：
其一，对于路基高度不高，软土层或淤泥层比较薄的地段，采用砂垫层、置换填土、反压护道、抛石挤淤的方法处理，以增强路基强度和稳定性。其二，对于排水地基，根据实地情况，采用砂垫层法、袋装沙井法、砂桩、塑料板排水法及置换填土来处理。其三，对于软土地基或湿陷性黄土地区比较复杂的地基情况，采用垫隔土工布、碎石桩、加固土桩及强夯的办法处理。其四，对于软土路堤的处理，采用垫隔覆盖土工布、增设土工格室、土工格栅等办法。
作者简介：周自林(1977一)，陕西安康人，工程师，从事公路建设与养护工作。
2.2选择合理的路基填料与严格施工控制
在公路填方路堤施工中，一般情况下土方量都较大，土源多且分散，因此土质也比较复杂，若都采用一种施工方法，施工效果很不理想。其一，细粒砂性土作为路堤填料的施工。细粒砂性土具有天然含水量低，塑性小，水分散发快，不易碾压成型的特点。经试验确定，一般细粒砂性土塑性指数( Ip)和液限（WL）分别为6—11和20—32。击实试验表明：细粒砂性土的含水量与干密度的击实曲线比较平缓，说明适宜压实所需含水量的幅度较大。细粒砂性土的.渗透性好，适宜雨季施工。细粒砂性土在施工过程中除了含水量对压实的效果有较大影响外，压实功能对压实效果也有很大影响。试验表明：同一种土密度越高，施工中在保
证含水量在最佳含水量附近的情况下，如何提高压实功能便成为一关键问题，经过检测，细粒砂性土采用这种施工方法很难保证达到规范所规定的压实度。振动压路机工作时，用快速连续冲击作用于地面，每冲击一次对土壤产生一个压力波，土壤颗粒处于运动状态，实际上颗粒间的内摩擦已被清除，在运动状态下，颗粒能找到在土体中尽可能低的位置。一般在压实工作中，传递给材料的能量或压实功是一个非常重要的参数。这个参数是表示要求达到某一最小的压实度，每单位体积最少需要多少能量。在施工中一般振动压实非黏性材料比静碾压需要更少能量，压实黏性土时，振动和静碾压都需要较多的能量，这说明砂性土的碾压采用振动碾压效果更好。经过试验检测后发现，由于振动压路机激振力的传递，在施工要求的25cm -层的碾压范围内其压实度并不是很高，在15cm以下的土层压实度较高，而已填筑碾压完成并经检测合格的表层以下的填土层压实度经重新检测压实度提高了5010—15010之多，并有70u/o的检测点压实度超过了100%，经过重新标准击实试验，证实了这些数据的真实可靠。这表明：细粒砂性土作为路基填料时，可采用覆土碾压。细粒砂性土用作路堤材料只要采用一定的技术措施，不但在技术上是可行的，而且有时非常经济，只要选择适当的压实机具和施工方法，不但可以在雨季作业且施工方便、进度快，还很容易达到规定的压实度。其二，黏性土作为路堤填料的施工。黏性土具有很好的塑性，其C值（土的黏聚力）很高。黏性土的含水量对黏性土的工程性质有极大的影响。当土从很潮湿逐渐变干时，会表现出不同的物理状态，土也就有不同的工程性质。所以，控制好黏性土的含水量在最佳含水量附近时再进行碾压是至关重要的，在此前提下选择合适的压实机具，掌握适宜的碾压遍数和碾压速度就能达到规定的压实度，使路基的强度和稳定性能达到保证。压实以黏性土作为填料的路基，其分层碾压厚度对压实效果有明显的影响，压实厚度一般控制在25cm以内。潮湿黏土作为路堤填方材料时，其含水量往往比最佳含水量高出许多，即使空隙率已减至最低数值，其压实度还是不能得到保证。这时，就需要掺加部分外加剂来进行改良，比如用石灰稳定法是改进高含水量黏土特性的一种方法，试验证明，这种材料能有效地被压实。黏性土作为路堤填材时须准确地控制含水量，需要较大的压实功和较薄的压实厚度，当达到规范规定能够的压实度时，其强度较高。
2.3高填方路堤施工
高填方路堤施工，必须扎扎实实地进行路基的填筑，尤其对原地面的处理和坡面基地的处理，在做好这些的同时，还应注意以下事项：一是控制最佳含水量，保证土料在最佳含水量下达到最佳压实度。含水量大，可通过翻晒来实现，使其达到最佳含水量。二是掺外加剂改良。对含水量大、塑性高的土或强度不足的其他材料如含有大量细粒砂的砂质土掺入石灰、水泥工业废料或其他材料的稳定剂，对土的性质进行改良，达到填土要求。三是采用不同土质填筑路堤时，采取以下措施：层次应尽量减少，每一结构层总厚度不小于0.5m，不得混杂乱填，以免形成水囊或滑动面；透水性差的土填筑在下层时，其表面做成一定的横坡，以保证来自上层透水性填土的水分及时排出；合理安排不同土质的层位，采用不因潮湿及冰融而变更其体积的优良土填上层，强度较小的应填在下层；在不同土质填筑的路堤交接处应做成斜面，并将透水性差的土填在斜面的下部。四是填土、压实路基施工时，应严格按现行《公路路基施工技术规范》要求进行，并应通过试验路段来确定不同机具压实不同填料的最佳含水量、适宜的松铺厚度和相应的碾压遍数、最佳的机械配套和施工组织。对于路基工程施工，施工机械化水平高，严格分层填筑，分层碾压密实，每层平整度、路拱达到要求，以保证路基的强度和稳定性。
2.4桥头与涵洞两端的防治措施
由于桥涵两侧的地形条件特殊，施工难度大、易积水，导致填土产生沉降，在施工过程中，可以从以下几方面进行解决：一是地基处理。桥涵两侧地表杂物要清除至于净，做好填前压实和排水工作，使压实度达到规范值。结构物开挖的基坑应采用碎石类抗水性好，强度高的填料回填，并采用小型压实机械或打夯机具夯压，严格控制填筑和夯实质量，结构物如处于软土沉降区，必须根据实际情况进行特殊处理，宜采用粉喷桩、换填砂砾等处理台背的方法。二是台背填土。鉴于台背与填料二者的物理性能差异大，若在二者之间增
设一段半刚性材料，使刚柔能得到相对的渐变过渡，可避免台背填料的集中沉降。如采用水泥或石灰稳定碎石土以及石灰稳定土等混合型填料进行填筑，抗沉降效果较好。保证台背填土质量：采用无机结合料进行填筑时，其压实厚度不宜超过15cm，选用合理的压实设备，保证其压实度。台背填土与路基衔接处应开台阶，台阶开至路基压实处。尽量保证台背填土与路基同步施工，以便提高台背填土的施工质量并使其有一定
的沉降期。三是防止水的侵入。排水、桥涵等结构物处填土，在施工中要防止雨水流入，对已有积水沟可用水泵将其排除。对于地下水渗水，可设盲沟排出。当不得不用非渗水土填筑时，其上应设置横向盲沟。
2.5完善排水设施
为了保持路基能经常处于干燥、坚固和稳定状态，必将影响路基稳定的地面水予以拦截，并排除到路基范围之外，防止漫流、聚积和下渗。同时，对于影响路基稳定的地下水，应予以截断、疏干、降低水位，并引导到路基范围以外，使全线的沟渠、管道、桥涵构成完整
的排水体系。对于黄土地区的排水设施应注意防冲、防渗以及水土保持问题。在一般路段，路基排水沟渠包括边沟、截水沟、排水沟，要注意防渗、防冲，采取加固及防止渗漏措施；黄土地区公路边沟以采用浆砌片石加固效果较好；截水沟应设在离堑顶边缘以外不少于10m的地方，断面设置宜大，沟底纵坡宜在0.5 010—2.00之间，在填挖交界处引出边沟水时，注意出水口的加固。
3结语
填土路基施工是路基工程中的重点，研究和把握好填土路基下沉的原因和预防及处理措施，就可以把可能出现的下沉问题处理在萌芽状态或尽可能减少下沉，从而能够顺利通过竣工验收，也为通车运营后形成良好的公路路用性能打下坚实的基础。
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