高填方路堤沉降控制技術方法研究

李迎春

摘 要：作為一種高效、快捷的運輸通道，公路建設在國民經濟增長中發揮著至關重要的作用。在公路修建過程中往往會遇到高填方路堤，路堤沉降變形及穩定性對工程建設質量影響巨大，為此，該文以某高填方路堤工程為研究對象，在全面了解高填方路堤沉降機理的基礎上，通過強夯法對高填方路堤沉降進行有效控制，經研究表明該施工法施工效果良好，具有可行性。

關鍵詞：高填方路堤；沉降控制；強夯法

中圖分類號：U416 文獻標志碼：A

近年來，隨著我國經濟社會的不斷進步，交通運輸事業取得了突飛猛進的發展，公路建設規模逐漸擴大。當前我國對交通基礎設施建設高度重視，持續加大資金投入，通過大量修建公路工程有效改善各個地區的經濟狀況，努力提升人們的生活水平，實現國內交通網絡建設目標。在施工過程中，往往會遇到高填方路堤，此類路堤極易出現沉降變形問題，為了有效提高路堤的穩定性，必須高度重視路堤施工工作，針對存在的問題采用先進的工藝、技術、材料和機械設備進行有效解決，并注重全面分析與綜合考慮施工工作重點，進一步提高施工效率，保證工程建設質量。

1 高填方路堤沉降機理

整體來講，高填方路堤沉降主要包括2點內容，其一，路堤自身的固結沉降；其二，路堤產生的附加應力所帶來的地基沉降，如圖1所示。其根本原因在于因土層固結壓縮，將孔隙內的水、空氣排出，從而降低土體體積。

由圖1可見，坡腳位置具有最小沉降量，按照沉降量由小到大的位置情況為坡腳處-路肩-路堤中心。路堤橫斷面下方的地基沉降曲線基本等同于圓弧底狀，位于坡腳下方的地基土并未及時解決沉降，因為荷載應力并未徹底消失，因此其沉降量仍在繼續，但呈現出減小的狀態。

1.1 地基沉降機理

相對于一般路堤沉降發展規律，高填方路堤有自身特性。在施工各個階段，高填方路堤都會受到上部路堤附加荷載的影響，將增加地基土內的附加應力。而于地基來講，將會有一個非常大的荷載施加到地基上部，因應力狀態改變，將出現地基變形情況。根據地基沉降變形特點，可將其沉降量劃分為瞬時沉降等3部分。公式如下：

Sf=Sm+Sc+Ss

其中，地基最終沉降可由Sf表示；

瞬時沉降可由Sm表示；

固結沉降可由Sc表示；

次固結沉降可由Ss表示。

1.2 路堤沉降機理分析

相對于其他路堤，高填方路堤具有較高的填筑高度，對于路堤自身土層來講，上下填土不僅是荷載施加土層，也是荷載承擔土層，在自重影響下，路堤極易產生豎向變形現象。高填方路堤沉降可分為3個階段，即初始階段、發展階段及穩定階段。

1.2.1 初始階段

該階段主要在施工前產生，初期土體填筑時，屬于彈性狀態，因無法及時排除土體水，土體極易產生側向變形情況，進而出現剪切形變的情況，此時具有較大的沉降速率。

1.2.2 發展階段

在施工中，因不斷增加荷載，將逐步排除土內孔隙水，從而降低超孔隙水壓力，此時土體將呈現為彈塑性狀態。逐步擴大填土塑性區，慢慢壓實土體，此時仍為產生壓縮變形情況，但沉降速率將逐步減小。

1.2.3 穩定階段

待完成填筑施工后，不再增加荷載，此時土內超孔隙水壓還沒有徹底消除，仍在固結。隨著時間的不斷增加，將大大降低土體沉降速率，且逐步排除土內孔隙水，此時土體壓實效果良好，沉降速率基本等同于0。

2 工程概況

某公路工程總長度為7.207 km，起止里程樁號為K21+500～K28+707.203。設計填方量為132.31萬方，12.3 m為最大邊坡高度。通過綜合考慮所有施工因素，決定選用強夯法處理高填方路堤段，以此達到控制路堤沉降的目的。強夯處理段樁號為K25+850～K25+980，3 120㎡為處理面積。該工程為半填半挖路堤斷面，在向下路床頂面鋪土碾壓時，即可強夯處理整個路堤，從而避免不均勻沉降問題出現于填方區和挖方區，并達到路堤整體強度提高的目的。

3 強夯施工要點

3.1 施工機械

根據施工要求，可選用表1所示的強夯機具。

3.2 強夯參數

施工前，可通過試夯的方式獲取具體參數，主要包括夯擊能、夯擊遍數、滿夯方式等。

3.2.1 夯擊能

針對施工時的夯擊能，當前方法還不成熟，只能在綜合考慮各項施工要素的前提下，通過以往經驗進行判斷。針對該工程，決定選取履帶式吊機進行4個。在8 m～25 m范圍內控制強夯起落間距，并根據路堤加固深度確定重錘噸位。如果路堤加固深度在10 m以內，則重錘可選用10 t～20 t；路堤加固深度在10 m以上，則重錘必須選擇20 t以上設備。

按照設計要求，選用強風化花崗巖作為路堤填料，6 m為路堤加固深度，確定每米單點夯擊能為2 000 kN，每米滿夯夯擊能為1 000 kN。

為此，該工程可選用14.5 t重夯錘。當2 000 kN·m為夯擊能時，可通過下式確定夯錘落距。

錘重×落距=單擊夯擊能

由此可得，13.8 m為夯錘落距；當1 000 kN·m為夯擊能時，則7m為夯錘落距。

3.2.2 夯擊遍數、兩遍夯擊間隔與滿夯方式

根據要求，可按2遍完成強夯施工，分別為點夯、滿夯。1 000 kN·m為滿夯單擊夯擊能，其主要目的是為了表層土加固，每點一擊，夯印與底面積1/4接觸。

由于該施工路段具有不錯的地質條件，且土石路堤滲透性良好，可以不考慮超孔隙水壓力情況。為此，無須預留超靜孔隙水壓力消散時間，要求在完成前一遍夯擊作業后，場地即可整平，隨后再進行夯擊，不得間隔應具有連續性。

3.2.3 夯點布置與間距

以正方形布設點夯夯點，4 m為2個相近夯坑的中心間距。滿夯時為每點一擊，夯印應與底面積1/4接觸。

3.3 施工工藝

（1）施工前，應將施工場地表面的雜物，如雜草、垃圾等清理干凈，并整平施工場地。同時，還應對施工場地高程進行準確測量，且將第一遍夯點位置標出。

（2）機械就位，強夯前，測量錘頂部高程。起吊夯錘向預定高度提升，夯錘可脫鉤，自由落下夯錘，下放吊鉤，再次對錘頂高程進行測量，如因夯錘位置不垂直出現坑底傾斜現象，需及時進行整平。

（3）根據設計要求，夯擊所有夯點，且對上述流程進行重復，隨后強夯每個夯點。

（4）利用推土機將夯坑填平，并再次對場地高程進行重新測量，隨后準確計算該次強夯后場地夯沉量。

（5）完成上述作業后，需完成所有點夯擊，并做低能量級滿夯，其主要目的是為了對場地內表層松土進行有效夯實，并測量夯后場地高程。

4 施工質量控制措施

4.1 施工質量控制標準

每次夯擊前，必須復核夯點夯點放線的準確性，在設計允許范圍內合理控制誤差。強夯施工中，需在150 mm以內控制夯錘點中心偏差，如果出現偏錘問題，需再次對點重新施工。同時，應避免夯坑附近土體出現較大隆起的情況。當夯坑底部斜率在1.73以上，需再次強夯回填夯坑。要求在100 mm以內控制單擊夯擊能力，最后兩擊平均夯沉量則需控制在50 mm以內。

4.2 強夯數據分析

通過試驗可獲取強夯夯擊沉降差，表2為測得的夯點累計沉降量數據。

由此可見，在不斷增加夯擊次數時，累積夯沉量也會隨之增加；同時隨著夯擊次數的增加，每擊夯沉量則會減小。單點夯擊7次左右，夯沉量將逐步呈現出穩定狀態，且在2 cm以下。如以第8次夯擊后作為總夯沉量標準，則夯擊次數為6～7次時，相比總夯沉量，通過計算可得，累積夯沉量為其95 %左右，為此，最佳單點夯擊數為6～7次。經強夯施工后，地基斷面系數K30遠高于設計要求的150 MPa/m，則表明在提高路堤承載力方面，強夯施工法作用良好，可有效控制路堤沉降。

5 結語

綜上所述，在經濟社會繁榮發展的今天，我國公路交通運輸工程規模持續擴大。在公路修筑過程中，由于受施工條件、土石方運輸等因素的制約，將大大增加高填方路堤施工的壓實難度，進而引發嚴重的高填方路堤沉降變形問題。為減小高填方路堤沉降，提高路堤穩定性，必須重視沉降控制技術方法的合理選擇。

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