高填方路基沉降預測與控制沉降施工技術(shù)探討

廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511450

1 路堤沉降影響因素

路堤沉降按時間分類可以分為兩部分，一部分是施工期的沉降，另一部分是工后沉降[1-2]。

通過研究分析可知，導致路堤自身沉降的主要因素如下所述：

（1）路堤的填料。高填路堤施工過程中的原料主要源于路塹的挖方以及隧道爆破產(chǎn)生的石方，這些填料的粒徑大小不均，級配的連續(xù)性較差，土質(zhì)差異也較大，導致路堤產(chǎn)生較大的變形和不均勻沉降。而且填料中會存在雜填土和膨脹土等，填筑過程中同樣難以壓實，膨脹土遇水膨脹，失水收縮的特性易導致路堤發(fā)生沉降。

（2）壓實度不足。壓實度不足會使前期土體的固結(jié)壓力減小，當固結(jié)壓力小于自重應力和附加應力的總和時，路基就會發(fā)生不均勻沉降。附加應力主要由車輛荷載、地下水位、負孔隙水壓力等產(chǎn)生[3]。

（3）土體干濕狀態(tài)。地下水位的變化導致路基填料中的含水量不穩(wěn)定，土的容重γ值出現(xiàn)波動的現(xiàn)象。在地下水的交替作用下，路基土體的含水量反復變化，土體容重在一定范圍內(nèi)波動，在負孔隙水壓力的作用下，土體開始發(fā)生豎直方向的變形[4]。

（4）土體側(cè)向變形。因為道路路肩的壓實度要低于行車道的壓實度，所以在施工過程中每層填料路肩部分壓實度較低，為土體發(fā)生變形提供了條件。

2 高填方路基沉降預測

2.1 工程概況

文章通過某高速公路的工程實例說明高填方路基沉降預測的理論方法和預測方式。該道路設(shè)計為雙向四車道，設(shè)計速度為80km/h，路基類型為整體式和分離式，寬度分別為24.5m、12.25m。高填方地段主要有右側(cè)樁號范圍為K14+130～K14+380，最大填土高度為45.9m；左側(cè)樁號范圍為ZK14+070～ZK14+350，最大填土高度為49.2m。

路基進行分層填筑，填筑完成后進行強夯處理來保持路基具有一定的穩(wěn)定性，然后在路基表面埋設(shè)沉降樁，沉降樁應進行分層埋設(shè)，并且每層沉降樁在三個不同位置布設(shè)，分別為右側(cè)路肩、中央分隔帶、左側(cè)路肩。路基施工達路基頂部后，工后沉降觀測裝置埋設(shè)在路基頂面。具體布置如圖1所示。

圖1 沉降布置圖

2.2 工期沉降預測

通過沉降觀測的數(shù)據(jù)結(jié)果可以分析出各層沉降速率和填筑速率的變化，如表1所示。

表1 各層填筑與沉降速率

通過分析數(shù)據(jù)可知第2層填土的沉降最大；前期中心觀測點的沉降要比兩側(cè)的沉降大，然后過渡到沉降量變化保持相同的狀態(tài)。

通過觀測點填土高度和累計沉降量以及時間的變化關(guān)系來確定工期內(nèi)的沉降值，文章通過實際沉降值來分析參數(shù)值，以這種方式確定路基高度與時間和沉降的關(guān)系。

式中：ξ、μ、m為回歸系數(shù)；t為時間，d；H為路基高度，m；S為沉降，m。

觀測值回歸分析如表2所示。由表2可知，路基沉降值可通過下式計算：

表2 觀測值回歸分析

2.3 工后沉降預測

通過填筑完成后沉降變化和時間的關(guān)系來建立數(shù)學模型，反映高填方路堤工后與時間的變化關(guān)系，計算公式如下所示：

式中：P、μ為回歸系數(shù)；t為時間，d；S為沉降，m。

通過觀測數(shù)據(jù)對高填路堤計算公式進行回歸分析，可知路基沉降值可通過下式計算：

3 施工技術(shù)

3.1 分層壓實技術(shù)

分層壓實的主要原理是土體受到反復沖擊荷載，導致土體被迫振動。主要表現(xiàn)為土體內(nèi)部的摩阻力減少；土體顆粒產(chǎn)生慣性矩，當慣性矩可以克服土體自身的黏結(jié)力和摩擦力時，土體便達到密實結(jié)構(gòu)。靜載式和振動式壓實如圖2所示。

圖2 壓實示意圖

（1）遍數(shù)控制。碾壓遍數(shù)是影響壓實效率和效果的參數(shù)。當層厚度確定時，碾壓遍數(shù)過少會造成壓實度不足；碾壓遍數(shù)過多時，會造成時間浪費，并且壓實效果不會有明顯提高。為保證施工期間壓實遍數(shù)合理，通過對試驗段進行壓實試驗來獲得最佳的壓實遍數(shù)。通過碾壓遍數(shù)來控制施工的主要優(yōu)點是直觀且施工簡單。由于施工條件、機械以及填料等多方面的限制，最佳碾壓遍數(shù)的確定具有局限性，實際工程中通常結(jié)合壓實度來控制施工。

（2）壓實度控制。壓實度是指現(xiàn)場干密度和最大干密度的比值，是路基在設(shè)計和施工時重要的控制指標，通過壓實度控制施工可以有效精確地保證施工質(zhì)量和路基的穩(wěn)定性。

3.2 強夯技術(shù)

強夯是指在進行地基加固時夯錘從高處落下進行自由落體運動，接觸地面時釋放能量，并通過波的形式在土體內(nèi)進行傳遞。土體經(jīng)落錘夯擊后，自下而上形成彈性區(qū)、加固區(qū)、松動區(qū)。當重錘與路基接觸時，在沖擊力的作用下使土體的空隙減小，強度增加，顆粒進行重組。該種方法適用于非飽和性的砂性土。

（1）工序控制。強夯在施工時的順序是底基層檢測、攤鋪填料、高程控制、布設(shè)夯點、檢查夯錘設(shè)定落距、測量夯錘頂面標高、進行夯擊、夯沉量測量、攤平滿夯、質(zhì)量檢查，合格后繼續(xù)進行施工。

（2）參數(shù)控制。強夯加固施工時應對相應參數(shù)進行控制：通過經(jīng)驗先初定設(shè)計參數(shù)，然后進行試夯，試夯完成后經(jīng)結(jié)果進行參數(shù)修正，最終調(diào)整出符合工程要求的參數(shù)。

（3）檢測控制。為保證施工質(zhì)量，嚴格控制沉降，每一工序進行完畢后應通過相應指標檢測的方式進行質(zhì)量控制。土體密實度是檢測強夯結(jié)果的重要指標，其中最大干密度可通過重型擊實試驗來確定。當填料類型變化過大時，應重新確定最大干密度。

4 結(jié)論

文章通過對高填方路基沉降預測與控制技術(shù)分析得出以下結(jié)論：

（1）影響填方路堤發(fā)生沉降的主要因素有路堤填料級配不連續(xù)、壓實度不夠、土體干濕狀態(tài)、土體側(cè)向變形等因素。

（2）通過對實際工程中工期沉降預測得到沉降值的計算公式為S=0.0104H1.2095e0.7126/t；通過對實際工程中工后沉降預測得到沉降值的計算公式為S=0.0024t0.643。

（3）通過對沉降控制的施工技術(shù)進行分析，可知分層壓實施工方法可以通過壓實遍數(shù)和壓實度控制。強夯施工技術(shù)可通過施工工序、施工參數(shù)和施工檢測的方法進行控制。