觀洞水庫臨時道路路基下沉原因分析及處理措施研究

華月新

(惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司，廣東 惠州 516003)

1 引言

道路交通網絡建設對當地經濟發展具有十分重要的作用，東部平原地區交通建設經過多年發展已經取得了較為豐碩的成果，國家戰略也越來越重視西部地區的發展，因此，西部交通建設顯得尤為重要[1-4]。在我國南方，地貌主要表現為低山丘陵，氣候潮濕，軟土分布較廣，是公路建設面臨的巨大挑戰[5-6]。軟土力學性質較差，路基施工完成后極易出現沉降，嚴重影響到公路的正常使用[7-8]，一些大型工程修建過程中，為了保證工程建設進度，往往需要修建臨時道路工程。本文結合觀洞水庫臨時道路工程，對公路路基下沉原因進行分析，并提出相應的解決措施，可為山區公路建設提供參考。

2 工程概況

觀洞水庫位于觀洞河上游，離惠州市區25 km，是一座綜合利用的中型水庫，水庫控制集雨面積41.6 km2，水庫總庫容6239萬m3，現狀控制灌溉面積2.24萬畝。為了水庫除險加固工程實施的便捷，修建了臨時道路工程。根據現場開挖成果，臨時道路主要穿越低山丘陵區域，場地出露的地層主要包括：出露的第四系地層巖性主要有第四系人工填筑層(Q4ml)、河湖相沉積層、沖積層(Q4al)、殘積層(Q4el)等，部分區域穿越基巖段，場地內地層分布見表1。在實際使用過程中，觀洞水庫出現了不同程度的下沉現象，影響道路的使用功能。

表1 地層分布表

3 影響路基下沉因素分析

影響路基沉降的主要因素可從兩個方面進行分析：(1)路基自重導致路基土壓縮變形；(2)路基自身壓縮變形。

在路基施工過程中，道路兩側的路基壓實難度較大，經常會出現壓實度不滿足要求的現象出，導致道路兩側的路基首先出現沉降，同時，由于惠州地區降水多、雨量集中，在雨水的沖刷作用下，路基出現沉降的可能性大大提高。

軟土路基是觀洞水庫臨時道路工程修建過程中遇到的特殊土層。根據地質勘察成果，區域內淤泥質粘土分布較廣，主要由淤泥質粘性土組成，含有細砂土及腐殖有機物，具有泥臭味，呈軟塑狀?，F場標準貫入試驗擊數3.0～4.0擊，平均值為3.1擊，屬于典型的軟弱土。一般情況下，軟土路基的中間附著力遠大于兩側附著力，就導致道路中間的沉降量大于兩側沉降量，當道路一側為軟土，另一側路基土強度較高時，路基更易出現差異性沉降，且由于臨時道路工程有較多的重載貨車通行，軟土區域路基沉降問題較為顯著。在觀洞水庫臨時道路施工完成并通車運行一段時間后，軟土段路基便出現了不同程度的下沉，對過往車輛的安全產生極大的威脅。

由于觀洞水庫所在區域地形起伏相對較大，臨時道路工程存在部分填方路塹，在降水侵蝕、沖刷影響下，路堤穩定性會產生一定的變化，同時，在低山、丘陵地區，路堤與山體接觸部位會產生一定的滑動，從而出現整體破壞。在多次降水影響下，路堤巖土體強度會出現一定的劣化，導致整體失穩。

使用期沉降，在施工完成后，車輛荷載影響下會造成路基沉降。出現這種情況的主要原因是，路基填土在施工過程中未完全沉降，在使用期的車輛荷載影響下逐漸固結沉降，從而造成路基下沉。

4 路基下沉處理措施

4.1 穿越軟土段處理措施

在低洼區域，往往容易積水，造成巖土體力學性質劣化。觀洞水庫臨時道路工程在修建過程中穿越了低洼軟土地段，原設計方案為清淤后借土回填，通過現場勘察，臨近水田側地勢低洼、存在排水問題，借土回填后可在一定程度上改善路基土體強度，但不能解決排水問題，在后期的使用過程中，難免出現由于地下水匯集造成的路基沉降、破壞的現象，從而導致臨時道路的使用安全性下降。因此，針對這種情況，需要對設計方案進行變更，變更后的路基處理方案為：清除淤泥后，使用片石進行換填，可在一定程度上改善該公路路基的排水效果。使用FLAC對軟土路基(片石)換填后的效果進行分析，見圖1，從圖中可知采用片石換填后，軟土路基不會出現整體失穩的現象，僅在坡面出現小規模的變形。

圖1 軟土路基數值模擬分析

4.2 穿越山區段處理措施

觀洞水庫臨時道路工程穿越的主要地貌單元是低山丘陵地段，在這部分區域，最易出現的是差異沉降。在填方路基段，使用強夯法對填方路基進行夯實。該方法是利用沖擊力對路基進行夯實，減小土體壓縮性。由于強夯法操作簡便、工藝簡單，在該公路施工過程中較為常用。使用強夯法可減少路基填方土體的空隙率，排出顆粒間的空氣，改變原有土質結構，在巨大的沖擊力作用下，土體中的水從裂隙中流出，從而提高土體本身的強度。

根據類似工程經驗，該段公路路基強夯使用8遍點夯+4遍滿夯的處理方案。點夯和滿夯需要嚴格控制夯擊能。其中點夯、滿夯的夯擊能需控制在1500 kJ～2500 kJ和800 kJ～1200 kJ之間。其中，點夯的布置方法為4.0 m×4.0 m正方形，兩次夯擊處理的間隔時間不應小于一周，且不能超過12 d。

使用強夯法完成填方路基夯實后，路基土力學性質明顯提升。強夯完成后，通過現場檢驗，承載力由加固前的160 kPa提升至210 kPa。力學強度提升顯著。

低山丘陵地區的特殊性，導致公路修建過程中會出現較多的高填涵洞，部分涵洞頂部回填深厚土層。為了避免對下部涵洞結構產生影響，使用強夯法進行路基加固時，需要進行特殊處理，以保護涵洞結構的穩定。這種區域不能使用強夯法進行處理，在強夯法與非強夯法接觸的部位存在差異性，這是公路出現差異沉降的一大誘因。對于這種情況，可采用土工格柵進行處理，可減少差異沉降，減輕路面開裂。在使用土工格柵處理的過程中，可擴散路基土體中的應力，避免應力集中，同時，可提高路基土的抗剪能力。土工格柵鋪設需要合理確定鋪設位置和密度，鋪設距離涵洞的距離越近，頂面防護效果越好。

觀洞水庫穿越的低山丘陵地區屬于構造活動較為強烈的區域，位于潭下—七星嶂—黃巢山復式褶皺帶內，地質情況較差，巖土體在多次構造活動影響下，結構破碎，在后期降水等因素影響下極易出現裂縫。針對這部分巖土體結構破碎的區域(場地內僅極少區域出露結構破碎的基巖)，采用注漿+格賓石籠擋墻進行處理。實施方法如下：對巖土體破碎范圍帶內的巖土體使用φ108 mm的鋼管壓漿處理，鉆孔間距為1.5 m×1.5 m，鉆孔深度根據破碎帶厚度確定，鉆孔施工完成后插入φ108 mm的鋼管，在鋼管內放入3根φ32 mm的鋼筋，之后注入混凝土。注漿量根據下式計算：

Q=1000×K×V×n

(1)

式中：Q為注漿量，L；V為加固土體積；n為土體孔隙率；K為經驗系數。

在鋼管樁頂部澆筑厚為1.0 m的C30混凝土板，之后施工格賓石籠擋墻。

5 結論

觀洞水庫臨時道路工程沿線穿越低山丘陵、低洼軟土等多種地質地貌單元，通過分析，該臨時道路出現沉降的主要原因是路基沉降和路基土沉降；根據工程概況，在軟土段通過清淤+換填片石進行處理，山區段采用強夯法、注漿+格賓石籠、土工格柵方法進行處理，可為低山丘陵地區公路工程修建提供參考。