公路工程不均勻沉降段的施工技術探討

◎白菊 杜建宇

一、引言

我國的公路工程建設事業澎湃發展，全國公路通車總里程達500 多萬公里，高速公路通車里程居世界第一，農村公路建設也取得了長足的進步，目前基本實現了鄉鎮和建制村通硬化路的目標。

但是隨著公路工程建設的開展，關于工程技術的一些常見問題也逐漸反映了出來，在工程建設領域，這些問題都屬于質量通病。質量通病屬于質量缺陷的范疇，治理質量通病，就是減少或消除質量缺陷，保證工程質量滿足適用、經濟、安全和美觀要求的活動過程。

路基路面沉陷，就屬于公路施工中易發的質量通病之一。近些年發生了許多有關道路，橋梁等公路工程發生沉降的施工質量問題，引起了人們的密切關注。這不僅對所在工程的路基、路面施工質量有重要影響，同時也會給人們的出行帶來影響。

本文論述了在道路上的一些路面病害現象，并采取了相應的處置方法。基于一工程實例，從路面平整度、強度、穩定性等方面進行了論述，采用了相應的解決措施，克服了在路基路面沉降段的施工技術難題。

二、公路工程不均勻沉陷的破壞機理和形式

公路工程沉陷，主要原因在于不均勻的沉降造成的。沉降并不可怕，建成的公路工程因為其重力和施工工藝的原因，都會產生沉降，如果這種沉降是均勻的、整體的、可控的、輕微的，是在可接受范圍內的，但是，對路基路面危害最大的，是不均勻沉降。

不均勻沉降破壞了軸向力與地基反力的平衡，地基與基礎之間就形成松散接觸或不接觸，地基上方的路基或建筑物將出現不均勻沉降，結構內部將產生附加應力。此時，基礎的附加應力可近似于懸臂端。

附加應力為剪切應力和負彎矩。松散接觸的一側將受到建筑物荷載（軸向力）產生的剪切應力作用，從而造成局部結構體系產生豎向相對位移，結構受到意外的應力（應變）。

當結構抵抗不住應力（應交）時，將會出現剪切破壞，常見的如路基路面行車道范圍內發生大面積縱向開裂、路基邊坡部位大面積開裂并滑塌、建筑物墻體產生的剪切裂縫；緊密接觸的一側受到旋轉力矩（負彎矩）作用，對建筑物豎向結構體系產生附如斜拉應力。

不均勻沉降引起的路基路面開裂或結構物臺身裂縫，系結構性破壞裂縫，所造成的危害，輕者影響建筑物的美觀，重者墻體滲水和灌風，影響建筑物的使用功能。

不均勻沉降對路面結構、路面性能和路面壽命有著重要影響，是道路工程中的重要究課題之一。我國公路建設中的不均勻沉降現象非常普遍，特別是在不良地質地帶，由于不良地基承載能力有限，路基施工難度很大，稍不注意，就會發生路基沉降現象。有文獻指出，某公路工程經實地調查發現，線路縱向路基沉降的變異系數最高達58%。

在此背景下，在道路建設過程中，對于一些容易發生沉降的不良地區，需要采用不同的施工技術，這是保證工程施工質量的基石，同時可以降低由施工不良帶來的危害所造成的社會和經濟影響。

在公路工程的施工過程中，如果不注意控制，在施工中的很多因素都可能造成路基的不均勻沉降，如：

1.在不良地基路段的路基沉降或壓實功不足造成的路基路面沉陷或橋頭跳車。

2. 路基壓實度不達標導致路基路面局部沉陷變形或縱向裂縫。

3.路面底基層、基層施工存在質量問題導致的沉降、塊狀裂縫或網裂。

在公路工程中，尤其是填挖過渡段是不均勻沉降的多發地段。在路堤和路塹的過渡段落，由于兩種施工工藝的不同，從向上填筑變成了向下開挖，如果不處理好過渡段施工工藝，縱向路基會產生不均勻沉降，會導致路面產生波浪式的不平整，開放交通后，在往來通行車量的反復荷載作用下，可能使路面產生應力重分布和應力集中，使路基路面發生結構性破壞。在我國，目前的路基路面結構形式一般采用瀝青混凝土路面+半剛性水泥穩定碎石基層+石灰穩定土底基層+素土路基，整個路面體系都不屬于剛性體。而且，從設計角度，現行瀝青路面多采用波密斯特線彈性層狀體系理論，不能分析由于路面不均勻沉降引起的附加響應，因此不均勻沉降也有可能引起路面早期損壞。

三、沉降段路基路面易發生的病害及原因

目前，在路基路面施工中，沉降段易發生的質量問題有：路面基層強度不達標、路面基層厚度不夠、路面沉降等。

1.路面基層強度不達標。底基層的強度達不到設計要求，整體性差，鉆芯時取不出完整芯樣，分析此類現象發生的原因，一般有以下幾點：

（1）水泥、石灰等結合料質量不合格，或者摻量不足，振搗不充分導致混凝土出現氣泡，產生蜂窩麻面，沒有把握好振搗時間；

（2）雖然結合料摻量符合要求，但集料級配與配合比設計時出入較大，沒有控制好混凝土坍落度，沒有限制溫度以及各種材料成分，沒有合理掌握時間及控制水泥的水化作用等；

（3）混合料拌和、攤鋪不均勻，造成離析，影響強度和整體性，同時在澆筑前模板沒有濕潤，導致表面水分不足，會造成麻面現象，也會影響路面強度；

（4）延遲時間太長，造成強度和干密度損失嚴重；

（5）壓路機噸位不足，壓實遍數不夠或混合料含水量不當壓實困難；

（6）養生不到位，強度增長慢；交通管制不嚴，使基層早期受到重載作用。

2.路面基層厚度不夠。路基厚度在設計計算上將直接影響基層的承載能力，是一個十分重要的指標，分析此類現象發生的原因，一般有以下幾點：

（1）人為故意因素，偷工減料；

（2）所確定的松鋪系數有誤；

（3）攤鋪基準線設置有誤、基準線受到碰撞發生變化但沒有被發現；

（4）下承層標高高出設計，未將高出的下承層料刮除；

（5）擅自改變了攤鋪機的工作參數，如夯錘振動頓率。

3.路基路面沉降。路基路面沉降，通過技術分析和對近年來多起工程實踐的分析，可能有以下原因：

（1）填方路基施工所用填筑材料的本身不均勻。

在公路填方路基施工施工過程中，由于其對填筑材料的用量極大，通常要采取多料源供料的方式，對于素土路基，需要多個取土場供土，不同的取土場，土的材質可能不同，有的可能是粘土，有的可能是砂性土，也有肯能會遇到粉質土；而且，由于土方量需求大，在取土場，需要向下開挖較大的深度，而不同深度，土的材質也是不一樣的。因此，在路基施工過程中，對填筑材料（素土）的顆粒、級配很難得到統一和有效的控制。

填筑材料（素土）也有采用路塹的挖方、隧道掘進產生的廢方。這些填料差異更大、而且由于開挖活動的擾動，其顆粒和級配也相差很遠。

在高速公路的路基施工過程中，這個因素的影響尤為明顯。我們知道，高速公路由于其車速、交通量等方面技術要求，需要路基提供極大的承載能力，而目前的技術條件下，提高路基承載能力最經濟的途徑，就是提高路基的厚度，以較厚的路基，提供加大的承載。所以，高速公路一般采取高填方路基，在平原地區，填筑高度一般在2 至3 米。用量如此大的填土，一旦填筑材料本身不合格，其造成的危害也是巨大的。

（2）路基各結構層施工過程中，受客觀環境影響，或質量控制不嚴格，導致填土壓實度不足。由于壓實度不足，填方路基各層次密實度不均勻，密實度較好的部位，沉降較小，密實度不好的部位，沉降較為明顯，結果導致路基整體發生不均勻沉降變形，行車道范圍內及路基兩側出現縱向裂縫。

（3）填筑材料中的水分及地下水影響。

路基不均勻沉降的發生是多種因素共同作用的最終結果。對于路基來說，填筑材料的材質和施工處理、基礎的承載能力是其內因，而車輛荷載、地下水情況和路基自重導致的沉降則是其外因。

首先看填筑材料的含水率，在施工過程中，如果填土的含水率過小，碾壓時含水量小于最佳含水量，土粒間的潤滑作用不足，即壓力不足以克服土粒間的磨擦力，土中的空氣不能排除、土粒間無法靠攏，因而難以達到最大密實度；而如果填土的含水率遠大于最佳含水量，又會產生由于水分過多，土粒被水膜包圍而分散得過遠，不能達到最大密實度。

再看看地下水。在地下水的交替作用下，路基土體內含量反復變化。由毛細管張力引起負孔隙水壓力可以達到相當的數值，再加上水的軟化、潤滑效應，使土體產生沉降變形。

綜上所屬，公路工程路基路面出現沉降的原因可能是對該線段的土層了解不夠，特別是在某些地區存在較厚的淤泥土層，在加固時沒有加固到位，經過大型車輛的擠壓及其土體自身的固結，會使這部分的土體發生沉降位移，從而導致了路面發生沉降。對于路面出現沉降的現象，最簡單的操作方法是在原路面的基礎上再鋪設瀝青材料，最關鍵的就是掌握好平整度的問題。對于沉降，不管是道路，橋梁，還是鐵路，隨著時間的積累，都會有大小不一的沉降量發生，這就需要在施工前期對土質有良好的認識，經過土體加固可以從源頭來減少或避免路面沉降的發生。

在施工過程中，要加強對路基施工的質量控制，控制好分層碾壓厚度和碾壓遍數，以保證足夠的壓實功。在施工過程中，如果分層碾壓厚度過大，小顆粒填料和軟弱物質很難得到有效壓實，在荷載的長期作用下，回填料會產生不協調沉降變形，路面會產生局部沉陷，剛性路面還可能產生裂紋或縫隙。由于回填料的性質不一樣，特別是有的回填料具有膨脹性，在路基排水系統局部失效后，水的滲入會使路面局部隆起，影響行車舒適度，嚴重的會使路面破壞。

四、工程概況

S256 一級公路，位于皖北地區，起點位于阜陽市潁泉區聞集鎮楊店，終點位于潁上縣六十里鋪鎮，地理位置屬平原地區，全長67.3km，采用雙向四車道，路基寬度為24.5m，于2016 年正式通車。

在路基、路面施工過程中，總結采取的技術控制措施，大致有以下幾個方面：路面平整度、路面強度、路面穩定性、局部路基沉降等。

1.路面平整度控制。

路面平整度是在道路工程驗收中的一項重要指標，可以用路面在縱向的高低起伏，即凹凸值的儲差來計算，把計算出來的數值用圖表給制出來，如果曲線平滑則說明路面平整，如果曲線有高低上的極點，則說明路面平整度不夠，其測量儀器可以通過直接式測量和響應式測量來進行。

對于路面平整度問題，采用以下措施：

（1）在施工道路路基時。就要做好相應的路面標高問題，對于有下坡，上坡，橫坡等情況時，要通過合理的計算來制定相應的攤鋪厚度，從而使在路面施工時達到路面平整度的要求。

（2）對于路面材料的供應，最好在現場有備用的拌和機械，當正在施工的機械由于故障停工時，備用的機械可以順利的接上，從而保證施工的正常進行。

（3）在結路面材料進行碾壓時，要做到連續，均勻，有序的進行。不要走彎路，轉彎等操作，對施工人員要做好相應的施工前的技術交底，對人員做好相應的培訓工作，從而來有效的預防由于人員操作問題導致的路面不平整。

（4）在第二天重新施工前，需要對施工好的斷面處理好連接問題，可以通過來測量二者之間的平整度，對于新施工的路面過高，需要重新設定施工參數來降低標高，對于新施工的路面過低，同理也要增加相應的施工參數，從而來保證整體路面的平整度。

2.路面強度控制。

路面強度主要是在車輛行駛過程中，不但需要承擔車輛的整體重量，同時還會有車輛行駛中帶來的振動和沖擊作用，在車輛尾部，路面還要受到空氣吸力對它的拉力。在如此多的外力作用下，如果路面強度不達標，就會出現開裂，沉降，磨損等現象，減少路面的使用壽命。其路面強度可以通過抗折、抗剪、抗彎等強度來進行衡量。

對于路面強度不足問題，采用以下措施：

（1）對于施工要用到的路面材料，需要提前進行第三方的檢測，檢測合格后才能投入施工；

（2）對于原材料的級配問題，需要通過專門的測量工具來進行測定。對于水的使用尤其需要注意，一般最佳含水量在1%～2%為宜。從碎石加工的源頭進行控制，確保進場碎石級配符合要求；

（3）對于原材料發生的離析現象，要保證有相應的拌和時間，使材料間能拌和均勻，從而消除粗細集料的離析現象；

（4）加強質量教育，通過技術進步和提高管理水平實現經濟效益，杜絕投機取巧、偷工減科事件的發生，試驗段確定松鋪系數時方法要正確，將下承層超出設計標高的部分刮除，認真執行試驗段總結的推鋪工藝和施工參數，夯錘振動頻率、攤鋪機行走速度等參數嚴禁隨意更改。

3.路面穩定性控制。

穩定性主要是指路面在不同的氣候條件下能保持應有的強度，特別是對于瀝青路面來講，在夏天溫度比較高的天氣下，瀝肯會受熱變軟，當車輛行駛過后就會出現沉陷，車轍等現象；在冬季時瀝青會受冷收縮，也會出現裂縫等不良情況。

對于路面穩定性不足的問題，采用以下指施：

（1）在土質情況復雜，特別是淤泥質等土體c 值很小的情況下，可以通過加固土體的施工，或進行預壓，夯實的方法事先對土體進行固結處理。對于地下水較淺的可以通過降水，或者阻隔地下水的處理措施。

（2）對于氣候條件的影響，最好通過材料上配合比的優化和施工工藝的改進來進行，比如在瀝青的填充率上可以適當地降低，以減少在高溫條件下的膨脹，從而溢出表面。在施工工藝品上，要定期檢查拌和機的計量設備，提升其自動補償系統。

4.路基不均勻沉降控制。

施工過程中，為了避免填方路基發生不均勻沉降現象，采取了技術技術控制措施，并建立了沉降監控系統。

（1）加強填筑用土的質量檢測，經常取樣，檢測土的顆粒、有機質含量、液塑限、承載比（CBR）等參數，不符合設計和規范要求的，堅決不允許適用。

（2）對路基橫向填挖結合部位：將結合處挖方段下挖150cm，并依次做臺階，臺階寬1m，高為一個土方填筑厚層。每個臺階與填方整體填筑碾壓。150cm 層面按94%控制壓實度，150cm 以上按96%控制壓實度。

（3）嚴格控制路基填筑厚度，每層上土完成后，檢查松鋪厚度，對于過厚的部位，及時予以挖除。

（4）嚴格控制路基壓實工序，要求施工管理、技術人員在現場指導施工，監理單位經常巡視碾壓段落，重點部位進行旁站，建設單位管理人員也經常到路基碾壓現場查看。

（5）開展沉降監測。其觀測頻率設置為石灰土路基每填筑層觀測1 次，如相鄰兩層填筑時間間隔較長時，至少每3 天觀測1 次，在路基整體完成后，每半月觀測1 次。

在每個觀測面，設置3 個測點，分別位于左路基邊緣、路基中心、右路基邊緣。

根據技術規范，施工過程中，路基中心處沉降速率每晝夜不能大于10～15mm，完工后連續2 個月觀測每月沉降量不大于5mm 路基沉降采用預埋沉降板（含標尺）結合高精度水準儀聯合測定、通過上述措施，該一級公路路基路面施工質量符合要求，順利通過交竣工驗收，投入使用至今已有六年，未發現路基路面不均勻沉降導致的縱向裂縫問題。

五、結語

本文通過分析路面施工過程中遇到的質量問題；路基強度不足。路面厚度不夠、路面沉降等，在地質不良地區道路施工過程中，土的固結還沒有完成，存在著不同大小的沉降。施工過程中容易出現的一些問題，對路基強度，路面平整度等方面進行了分析，提出了相應的施工解決力案，以期為今后在道路施工中遇到相似的工程情況提供參考借鑒意見。