市政道路路基沉陷與處治措施研究

賈 睿 杰

(太原市政建設集團有限公司,山西 太原 030002)

0 引言

隨著城市道路運輸體系的不斷發展和升級，城市市政道路逐步向快速化、立體化和分級化方向快速發展；以省內重要大型城市為例，由于城市交通運輸量在短期內出現井噴式發展，既有道路結構的承載能力和服役耐久性已經無法和現有的交通運輸量相匹配，在省內部分城市間出現了嚴重的道路局部沉陷和垮塌事故，造成了嚴重的人員傷亡，給市政道路的正常運營和服役埋下重大安全隱患。

1 市政道路路基沉陷病害原因及沉陷特征

1.1 市政道路路基沉陷病害主要原因

1.1.1 設計因素

對于市政道路路基結構而言，以省內部分城市路基沉陷病害為例，市政道路的交通量類型復雜，交通量大小具有一定的周期性，導致市政道路路基結構病害成因相對復雜。城市市政道路施工和城市工民建工程項目相比，具有一定的滯后性，市政道路經常規劃在建筑結構分布眾多、工程地質條件不良的區域，在市政道路前期的勘察設計過程中，如果不能妥善處理好城市軟土路基或者礦產采空區的勘察和治理，在后期運營過程中極容易引發瞬間沉陷，甚至大規模塌陷事故。在省內市政道路勘察設計實踐中，對于大填挖方路段的路基穩定性及荷載變形方面的驗算設計存在缺陷，對高填挖方路基段、軟土路基段選用一般的路基勘察設計標準，對相應的施工工法和路基換填料沒有進行明確的界定，對后續的施工和運營埋下重大安全隱患。

1.1.2 施工因素

以省內市政道路工程項目為例，除了設計因素外，施工因素也是導致市政道路路基沉陷病害的主要誘因之一。省內南部部分城市的工程地質條件較差，城市地下暗河分布密集，在市政道路施工過程中，經常性出現軟弱下臥層結構，部分城市的山區市政道路的填挖方量較大，由于大量填挖方引發的路基土體換填問題，很容易因施工現場質量把控不當引發路基填筑料不滿足承載力、壓實度、變形及壓縮性等指標要求。此外，水毀引發的路基沖刷導致的路基結構破壞也是一大因素，如遇降水量增加，季節性凍融循環及濕度等因素的綜合影響，容易引發路基填筑料中的小粒徑碎石流失，造成長期的細微、不均勻沉降病害。在具體施工過程中，對于填方量較大的路基標段，在不同層路基填筑料填筑過程中，尚未按照規范要求的順序填筑，導致高填方路基分層結構不明顯，各層及總體填筑厚度不滿足施工要求；路基填筑后，未按照規范要求開展初壓、復壓及終壓施工，路基各層壓實度不達標；部分填挖方交界位置，沒有設置路基銜接臺階，導致路基交界位置在路基自重及上部荷載的耦合作用下出現明顯的不均勻沉降病害；路基施工過程中沒有妥善處理好防排水工作，滲透到路基層內的水分無法順利排出，滯留水分削弱了路基碎石的相互握裹力。

1.2 市政道路路基沉陷病害特征

市政道路路基沉陷病害的成因是多種因素耦合作用的結果，尤其是大填方路段，路基不均勻沉陷是市政道路路基結構病害的最典型表現。由于市政道路荷載結構和形式復雜，如果不能妥善處理不均勻沉降病害，任由沉降發展，將嚴重損壞路基自身結構，由于路基不均勻沉降引起的路面附加應力矩，將加速路基沉陷的發展進程。經現場勘察發現，市政道路路基結構不均勻沉陷具體表現出以下特點：

1)填方路基開裂。填方路基裂縫是從路基內部發育而成，由于路基結構不同位置的變形存在差異，導致路基結構內的不同位置出現明顯的拉伸和壓縮區域，在拉伸區域，一旦拉伸應力超過路基填筑料的抗拉強度，將誘導內部產生向外輻射裂縫。

2)對于瀝青混凝土路面而言，由于路基結構的不均勻沉陷，導致瀝青路面出現橫向、縱向及交叉向裂縫，破壞了瀝青路面的密封性和整體性，后期容易引發瀝青路面唧泥、鼓包、翻漿等各種病害。

3)對于水泥混凝土路面而言，路基結構的不均勻沉降將引發水泥混凝土路面板整體脫空、錯臺，導致水泥混凝土面板喪失支撐點，一旦上部集中荷載超過水泥混凝土面板的抗拉強度值，將誘導混凝土面板出現脆斷。

4)市政高填方路段邊坡荷載失穩病害，高填方路基邊坡失穩破壞是高填方路基不均勻沉陷發展至后期的表現。圖1為高填方路基不均勻沉陷引起的邊坡失穩情況。

2 市政道路路基沉陷病害處治技術

2.1 路基整體換填法

路基換填法是解決路基不均勻沉陷病害的一種根本性方法，換填施工技術能夠解決路基填筑材料不滿足施工要求的問題，但其對路基填方深度有一定的要求，適用于小填方路段，對于高填方路段，換填量驚人，工程經濟性較差。換填前先將原有的路基填筑料徹底清運出場外，對基坑進行整平和壓實，平整度和壓實度指標均滿足施工要求后，采用滿足施工要求的路基填筑料回填基坑，回填路基材料一般使用級配合理的砂石，土體液塑限指標應滿足土工規范要求，塑性指標應屬粘土或亞粘土為宜。路基土回填過程中應適當擴大開挖面積，且各層間應設置為錯臺狀，以提升不同路基層的咬合能力，回填路基土體的壓實度指標應高于原路基土體壓實度1.5%～2%范圍之間。由于換填法的填挖方量較大，需要的施工場地面積較大，不適用于分布在建筑物密集的市政道路中，省內也較少使用換填法處理市政道路路基沉陷病害。

2.2 外加劑處理法

外加劑處理法憑借工程量小，施工場地不受限等優勢，被廣泛應用在高填方市政道路路基結構的沉陷病害處治施工中。高填方路基出現不均勻沉陷時，可以在原路基土中摻加一定比例的固化劑；固化劑是一種使用非常廣泛的土工基礎材料，根據其理化特性差異，可將固化劑分為多種類型。在市政道路路基沉陷病害處治施工實踐中，若路基沉陷病害嚴重，則使用固體粉狀固化劑材料，主要有石灰石、水泥混合物等；若路基沉陷病害相對輕微，則使用輔助固化劑材料，常用的輔助固化劑材料包括：聚丙烯酸氨、聚丙烯酸等富含活性基的有機物，此外，若干處治深度較大，則應使用流動性更強的液態固化劑材料，例如：碳酸氫鈣、碳酸鎂溶液等，選用高壓注射設備直接將液態固化劑射入路基土體內，以加速促進路基土體固結。

2.3 壓力灌漿處理法

壓力灌漿處治法是最近幾年以來廣泛使用的處治技術，非常適用于處治路基大面積沉陷和深度沉陷病害。對于省內部分城市的高填方路段，路基填筑材料大部分以級配碎石為主，由于施工技術和現場條件限制，導致高填方路段位置的邊緣壓實度指標難以達到施工及規范要求，在長期車輛荷載和外部不良環境的耦合影響下，很容易引發路基結構失穩。壓力灌漿處治技術在標準壓力作用下，能夠影響一定范圍內的路基固結性能，保證注漿能夠充分擴散至路基碎石顆粒縫隙內，以提升路基土體整體的固結性能和承載能力。由于省內高填方市政道路路基填筑料大部分以級配碎石為主，壓力灌漿技術能夠妥善解決路基的不均勻沉降問題，且施工場地受限因素較少，推廣應用前景極其明朗。

3 結語

隨著省內部分大中型城市市政道路服役年限的增長，部分路段出現了嚴重的沉陷病害，嚴重威脅了正常的道路運輸和通行使用要求。通過采取行之有效的路基沉陷病害處治技術，經工程實踐研究表明，以上處治技術能夠明顯緩解市政道路的路基沉陷病害程度，工程應用收效良好，應進一步推廣使用。