論公路沉降段的成因及施工關鍵技術

楊青山

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

受外界環(huán)境、施工技術條件等多種因素作用，新舊路基搭接部位、橋梁臺背部位多發(fā)生差異沉降病害，影響道路行車安全性能、道路服役性能[1]。為消除公路沉降段不均勻沉降問題，該文結合多年道路工程施工經驗，研究了公路沉降段的成因及施工關鍵技術，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 路基路面沉降段的成因

1.1 路基填料差或壓實不密實

路基填料性能是影響路基穩(wěn)定性、路基壓實性能的關鍵因素[2]。現(xiàn)階段，為節(jié)約道路建設成本，路基填筑材料多為就地取材，但多數(shù)道路工程沿線黏性土分布區(qū)域廣泛，土質工程性質較差，黏土路基在周期性凍融、長期車輛及自動荷載作用下蠕變，使道路路基產生差異沉降。

部分路段路基填料工程性質較為優(yōu)良，但施工標準、施工方案、施工質量控制不嚴，致使路基填筑壓實未按設計要求分層填筑碾壓、填筑層厚過大、壓實遍數(shù)不足等，路基壓實度達不到設計或規(guī)范要求，引起路基不均勻沉降。

1.2 橋頭沉降段結構設計不合理

路基與橋臺接觸部位是沉降病害多發(fā)地段，橋臺搭板、引道結構設計不合理是橋頭沉降段沉降病害的主要致病成因[3]。

橋頭與路基結合部，多采用鋼筋混凝土搭板法、加大配筋法平衡連接部剛度差異，消除橋頭沉降段工后不均勻沉降發(fā)生的隱患。若橋頭沉降段結構設計不合理、施工階段處理不當，極易引發(fā)橋頭與路基搭接部位差異沉降，車輛快速通過時會產生跳車等問題，影響行車安全。

1.3 橋頭引道地基處治達不到要求

橋頭引道路段，多采用搭板法、加筋土法等方法處理地基，抵消道路結構與橋梁結構剛度差，提升路橋引道部位整體性。其中搭板法是橋頭引道地基處理應用最為廣泛的方法，具有工期短、成本低、工藝簡單等優(yōu)勢，可有效阻止橋頭引道段沉降段發(fā)生，但受長期車載、重載交通作用，搭板結構常出現(xiàn)斷裂問題，易引起行車安全隱患。

2 路基路面沉降危害

2.1 縮減路基路面使用年限

路基填方材料在長期行車荷載、自重荷載及環(huán)境因素作用下，會發(fā)生蠕變現(xiàn)象。普通道路路基填方材料工程性質、壓實質量較為優(yōu)良的情況下，基本不會產生大幅不均勻沉降；路基與橋頭接觸部位，由于道路結構與橋梁結構剛度、材料性能差異較大，路基材料蠕變作用下，道路、橋梁累積沉降差異不斷擴大，使得路橋連接面出現(xiàn)差異沉降[4]。

隨道路、橋梁連接部位沉降差異累積擴大，通行車輛駛過路橋接觸部位，會頻繁發(fā)生跳車現(xiàn)象，路面在長期車輛沖擊下，導致道路、橋梁連接部位累積沉降會加劇擴大，引發(fā)開裂、坑槽等嚴重道路病害，縮短道路服役年限。

2.2 增大交通事故發(fā)生概率

沉降段道路凹凸不平，車輛通行過程中會發(fā)生顛簸、跳車等問題，誘發(fā)道路交通事故。研究表明，道路、橋梁接觸面沉降差異超過15 mm 時，高速通過車輛會發(fā)生劇烈的搖晃、振動現(xiàn)象；若沉降差異超過30 mm，發(fā)生交通事故的概率會增加約60%。

3 路基路面沉降段施工關鍵技術

3.1 地基處理施工

為從源頭上解決路基路面沉降段問題，施工前須根據(jù)施工地質條件、路基填料性質，科學選擇路基土體改良、壓實工藝，提升路基穩(wěn)定性、承載能力；路基與橋臺接觸部位等節(jié)點部位，可采取多種措施消除道路結構與橋梁結構剛度差，及時修補斷裂搭板，延緩路基填料蠕變對橋頭段路基、橋頭沉降差異擴張速度。

（1）軟土路基施工、服役階段，受自身荷載、車載作用，易出現(xiàn)側向擠動現(xiàn)象，危害橋臺、橋面結構性能。臺背范圍內，宜優(yōu)先選用密度較低、工程性質優(yōu)良的回填材料，減少路基沉降。

（2）挖除基底軟土，換填工程性質優(yōu)良的碎石土等土體，提升路基穩(wěn)定性、承載力；軟弱土層厚度超過3 m時，可采用碎石樁復合地基工藝進行路基改良加固，碎石樁按三角形布置，樁徑設置在0.5 m 以上，間距控制在0.9 m，樁長根據(jù)土層深度、路基承載力設計要求確定，處理至坡腳外1 m 范圍，示意圖見圖1。

圖1 厚度大于3 m 的軟弱土層路段碎石樁處理示意

（3）結構物臺背地基采用CFG 樁加固，工藝示意圖見圖2。CFG 樁擠壓樁周土體，與褥墊層形成復合地基；臺背過渡段地基，可采用漸變樁加固，緩沖橋臺、路堤沉降差異。

圖2 CFG 樁處治臺背地基示意

3.2 設置搭板

當前橋梁與路基過渡段施工，常采用橋頭搭板結構的方式進行過渡，解決差異沉降問題[5]。由于道路結構與橋梁結構剛度差異較大，一旦道路結構部位搭板結構基底不實，在長期車載作用下，極易出現(xiàn)搭板基底空洞，造成搭板斷裂。

（1）搭板結構設計的合理性對橋頭、道路接觸部位沉降變形具有十分重要的影響，為防止搭板基底沉降、板底空洞等造成搭板斷裂，須根據(jù)道路路基填料性能、壓實度要求等設計搭板結構，確保道路結構沉降至不超過設計允許范圍。

（2）搭板尺寸作為搭板結構核心參數(shù)，對搭板結構沉降控制效果具有重要影響[6]。臺背回填工區(qū)壓實作業(yè)難度較大，壓實度不易達標，搭板長度過小時，搭板末端持力部位位于欠壓區(qū)域，極易沉降引起縱坡變化，必須根據(jù)臺背回填區(qū)域劃分設計搭板長度，見圖3。

（3）施工階段，壓實工區(qū)施工節(jié)點較早，路堤固結沉降基本穩(wěn)定，為防止路基沉降造成搭板縱坡過大，搭板長度必須覆蓋欠壓實區(qū)域。搭板理論長度計算如下：

式中，L——搭板長度（m）；H——臺背高度（m）；b——回填區(qū)基底長度（m）；i——欠壓實區(qū)與壓實區(qū)界面坡度，一般為1 ∶1。

3.3 臺背范圍填筑施工

路堤沉降根據(jù)發(fā)生時間不同，可分為瞬時沉降、固結沉降、蠕變沉降3 類。臺背填料工程性能、質量對路堤工后沉降影響較大，輕質填料自重較低，可增加土體壓縮模量，減小填料自重作用產生的壓縮變形。

路堤填筑施工階段，可優(yōu)先選擇質地較輕、工程性質優(yōu)良的填筑材料；填料設計選型階段，選型原則如下：1）材料剛度介于橋梁橋臺、道路路基剛度之間；2）材料結構致密、變形模量較低；3）透水性良好。

3.4 設置排水設施

環(huán)境水害侵蝕是路基沉降的主要誘發(fā)因素，若排水設施設置不當，會使道路積水，導致路基結構強度降低，引發(fā)路基沉降、坍塌、路面開裂等病害，嚴重影響道路服役性能[7]。

路基設計、施工階段，必須根據(jù)線路沿線氣候環(huán)境、排水設計要求等，設計、施作排水管道，確保道路排水通暢性符合設計及規(guī)范要求，防止積水侵蝕路基。

3.5 路基路面沉降監(jiān)測

路基施工階段，通過監(jiān)測路面沉降數(shù)據(jù)，可準確評價道路施工質量及安全性能；若沉降率超過監(jiān)測允許范圍，也可及時分析沉降超限產生成因，采取合適的治理方法處理。

（1）路基沉降對道路服役質量具有重要影響，現(xiàn)階段路基沉降觀測仍以人工測量為主，測量精度、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理等方面存在較多弊端[8]；路基沉降智能監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)路基沉降數(shù)據(jù)的觀測、計算、存儲、查詢一體化管理，且具有沉降過程可視化功能；系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件及功能軟件部分構成，可通過互聯(lián)網實時監(jiān)測施工場地沉降情況，結構框圖見圖4；監(jiān)測流程依次為：微壓差dPi→液柱高差Hi→H0→沉降值Δ0，監(jiān)測原理見圖5。

圖4 路基沉降智能監(jiān)測系統(tǒng)結構框圖

圖5 路基沉降測量系統(tǒng)沉降測量原理圖

（2）軟土路基施工主要觀測路基中心沉降率、側向位移速率兩個項目，要求中心沉降速率、側向位移速率均不超過規(guī)范、設計允許值[9]。

（3）施工階段，可運用沉降觀測數(shù)據(jù)指導路基施工，確保工后沉降量不超過規(guī)范限值；某軟土路堤中心3 個測點沉降數(shù)據(jù)見圖6。由圖6 可知，1 號、3 號觀測點中心沉降數(shù)值均符合規(guī)范要求；2 號觀測點前2 個月沉降均超過6 mm，需要采取一定的處理措施。

圖6 某公路路堤中心3 個測點沉降監(jiān)測值

4 結論

路基路面沉降段差異沉降處治是路橋工程施工重難點，沉降段地基處理施工前，必須分析路基填料性能，制定合適的地基處理方案，增強路基承載力，減少道路、橋梁接觸位置沉降差異；搭板設計階段，根據(jù)臺背回填區(qū)域劃分，合理設計搭板長度，確保搭板末端安置于壓實區(qū)，并設置枕梁分散搭板末端應力，防止搭板斷裂；路基施工階段嚴格按照規(guī)范要求施作排水設計，保障路面排水通暢性，防止降雨積水侵蝕路基。總體而言，路基施工各階段，都必須按照相關工序施工規(guī)范要求開展作業(yè)活動，從源頭上減少工后差異沉降問題，保證道路服役性能。