山區高填路基差異沉降標準和控制技術探究

陳思先 （北京市工程咨詢公司，北京 100031）

在過去的幾十年中，我國山區公路高填方工程建設不斷創新發展，但在施工過程中，山區高填路基仍存在差異化，不穩定化甚至沉降問題會造成人在駕駛過程中的舒適性大幅度下降，并容易引發交通事故。所以，文章將根據山區高填方路基問題的原因，簡要討論山區高填方路基差異沉降控制技術和控制標準。

1 差異沉降影響因素分析

1.1 施工和設計過程

在為路堤設計高填方路堤時，必須對路堤進行穩定性檢查和沉降計算。如果驗證和計算所需的地質條件和巖土試驗數據不能真實反映施工情況，則會造成不合理的設計，導致路基病害。

在高填方路基施工過程中，應按照《公路路基設計規范》（JTG D30-2015）要求的厚度進行分層充填。如果層厚任意增加，壓實設備按規定的碾壓次數進行工作時，壓實度不滿足規格要求，當填充到路基設計標高時，累積沉降變形不可避免地發生。在反復荷載作用下，它會產生沉降。施工過程中，如果出現現場人員的責任感不強、技術管理不夠、施工現場混亂等現象會造成工程質量降低，施工過程中存在隱患，甚至造成重大質量事故，危及路基穩定性[1]。

①充填順序不當：高填方路堤不按施工規范的要求將堤岸的全部范圍內填滿，填充厚度不合規等。②壓實不足：高填充的路基應配備標準的壓實設備，按正確的操作規范和要求壓實，確保壓實度符合施工規范要求。③填方與開挖交匯處缺少臺階，或臺階的不標準化，都會造成結合處沉降不均勻，或者是由于原來的地面和填料結構不同，密度和承載力不同。如果在填充物處的軟土、腐殖質等未清除或充填方法不正確，壓實不足，將會在交接處出現沉降病害。④半剛性填充和剛性結構連接之間的強度和穩定性有很大的不同，充填的壓實性不夠的是形成橋臺臺后或溝槽后支臺下沉的主要因素。⑤施工過程中未注意排水。在雨天，路基積水較多，不能自行排放，使填充物軟化，強度降低。⑥施工機械和軋制技術的問題[2]。

1.2 地基壓縮模量

山區高速公路地勢復雜，地基壓縮模量變化較大，路基沉降量會隨著局部基礎壓縮模量的變化而不斷變化。差異化沉降與土壤壓縮模量反向發生變化，當基于土壤的壓縮模量降低到一定范圍時，路基的最大差異沉降將顯著增加。土壤基體強度的增加速率與沉降速率的降低不成正比，相反具有減速作用。換句話說，強度變化相同幅度時，土壤基礎越弱，沉降量的減少反而明顯。在此基礎上，可以通過提高地基抗壓模量來減少路基沉降，這也暗示軟弱地基在施工過程中的重要性。

1.3 土質類型

在山區中，地勢復雜，土壤質量不同，土壤的韌性也不同，這都會影響路基的回彈模量。然而，路基沉降會隨著路堤彈性模量的變化而反向變化。路基回彈模量小，路堤沉降量大；相反，路基彈性模量較大，路基沉降差較小。如圖1所示為地基中軟土層導致路基不均勻沉降。

2 高填路基差異沉降標準

2.1 根據路面結構性要求確定差異沉降控制標準

基層的拉應力是進行路面結構分析時主要考慮的因素。因此，根據路面結構要求確定差動沉降的控制標準，也應主要考慮基層的拉應力。高填充路基差發生差異性沉降是一個長期的、連續的過程，路面結構層的應力也隨著差異沉降的變化而不斷變化。與此同時，路面結構的疲勞壽命也會受到交通荷載的反復作用的影響。

圖1 地基中軟土層導致路基不均勻沉降

2.2 根據路面功能性要求確定差異沉降控制標準

國內高等級公路施工后施工差異化沉降指標一般考慮了高等級公路在縱坡、橫坡、平整度等方面的功能要求。

①縱坡：應根據相關規范標準的縱向坡度要求進行縱坡設計。當設計速度為120km/h時，最大縱向坡度為3%。

②橫坡：設計路面橫向坡度的目的是為了及時排水，從而保證行車安全。對于新建的公路，路基橫截面方向上土層的性質一般不會發生變化。因此，可以認為路基自重是造成路基不均勻沉降的主要原因。通過這種方式，路基中心的沉降將大于路基邊緣的沉降，而不均勻沉降將會是盆狀的。因此，在設計軟土地基的路拱坡度時，應盡可能多地采用最大值，即將路拱橫坡的高限制在2%之內。沉降穩定后，要求的橫坡仍符合標準。山區高速公路，地形比較均勻，變化的性質在橫截面方向上不大，路基沉降是盆形的。

③平整度：在一般的道路工程中，車速對于平整度的要求較低。然而，對于高等級公路來說，駕駛速度較快，只要高速公路和道路存在不平坦，便會導致車輛行駛顛簸，從而減少駕駛的舒適性。同時，駕駛員的安全感得不到保證，迫使司機減速，使其無法達到快速的目標。各個國家對于高等級公路的平整性要求較高，但標準不統一。20世紀80年代，中國才開始修建高等級公路，相關的技術標準并還沒有得到及時的補充和完善。在相關規范中，沒有規定使用3m的直尺用于高速公路和一級公路，因此，可以參考機場路面的相關規定。路面的平整度應在除變坡處的任何方向和位置上用3m尺子進行檢查：新的路面、標尺和表面間隙≤3mm；使用過的路面、標尺和表面凈空應≤10mm，不應該有積水?？紤]到“平戰”的結合，世界上許多國家可以直接在高等級公路上進行飛機的起飛和降落。因此，高等級公路的平整度要求參照機場跑道。在使用路面時，平坦度允許變化率見式（1）。

然而，路況的不平整性是影響汽車駕駛舒適性的主要因素，即垂直部分的平整度。對水平半充填和開挖斷面的研究發現，大部分水平半充填半挖斷面的縱向方向呈逐漸傾斜的直線，與汽車的方向基本一致。因此，并不大需要考慮這些路面的平整度。而對于山區的高填筑路段，如果路面不平整，將成為影響交通舒適性的重要因素，對平整度要求更高。

3 差異沉降控制技術

3.1 基底的選擇與控制

在山區選擇高填路基設計路線時，設計師通過深入細致的勘察和檢查，以選定設計路基位置為圓心，這樣高填筑的路堤可以有效避免較發達的自然水系統和軟土地基。如果路基土相對較軟，則需加固和維護，以確保地基強度滿足規范要求，然后建造高填充的道路地基。如果在高填筑的道路基礎上有相對豐富的地下水系統，地下水應被充分排放或分流，以保持土壤質量的干燥程度和硬度。此外，高填方路基的施工優選以材質輕、硬度高、承載力相對較高、壓力和重力相對較小為特點的EPS材料，能降低山區高填路基發生變形或沉降的概率。

3.2 交界處路基處理

由于大多數山區地形都比較陡峭，所以，在修建高填路基時，必然會出現一些斜坡。但由于在邊坡進行充填和碾壓的難度較大，高填方路基壓實效果并不理想，導致路基變形或沉降。為防止變形或沉降的發生，實現對山區高填路基的差異沉降的有效控制。在建造過程中，可以在斜坡上設置網格狀的柵格，或者在斜坡下面挖一些基層臺階加以鞏固，或者在斜坡的兩側建設圍擋，從而有效地保證了路基的穩定性。

3.3 高填路基的壓實工藝

可以通過標準化建設，有效減少山區高填路基的差異化和沉降化，特別是加強路基的壓實。①必須要選擇一個好的填充材料，并將其分層壓實；②必須增加壓路機工作量，提高壓實效果，嚴格控制初始壓力，再壓縮，最終在壓力壓實過程，使用先快速壓實后減慢壓實的手段，可以最終實現密實度符合標準規范的要求和外表無明顯壓痕?？筛叨葮藴驶厥┕ぃ苊飧咛罘铰坊l生變形或沉降。

4 結束語

綜上所述，為了減少因高填地基沉降差異造成路面沉降問題的發生概率，以將山區的損失減小到最低限度，應合理考慮人體的敏感性、車輛性能以及國際平整度指數，并盡快制定科學合理的山區高填路基差異沉降標準。針對沉降標準及實際情況，合理分析在土建工程中應進行的質量控制工作。