土方路基高填方工后沉降的控制措施

許寧臣

（中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300）

0 引言

為了保證整體公路施工的連貫性和統一性，高填方路基成為公路建設過程中的重要施工內容。但對于土方高填方路基而言，其施工質量直接影響著公路的安全性、暢通性，一旦后期發生路基沉降，會引發路面裂縫以及下穿涵洞管線破裂等問題，甚至會在橋路連接處導致橋頭跳車的現象產生。該種現象的產生不僅需要耗費大量的人力物力進行維修養護，整個運維期間對交通造成的阻礙也是不容小覷，無論是經濟效益還是社會效益都會造成一定的損失。所以明確土方路基高填方施工特征，厘清路基沉降原因，掌握控制措施，才能夠有效避免土方路基高填方工后沉降危害，促進公路建設的可持續發展。

1 土方路基高填方的特點

1.1 工程量大，質量控制難度大

公路通常具有里程長、跨越地帶復雜的特點，尤其在山區公路建設的過程中，不可避免地會遇到大量的填方施工。在公路填方施工過程中，若填土高度小于1.5m，則屬于矮填方路基；若土方路基填土高度大于20m、石方路基填土高度大于12m、軟土路基填土高度大于6m，則屬于高填方路基。隨著我國公路建設的深入，高填方路基非常常見，甚至有高度超過50m 的高填方路基出現。因此，施工過程不僅土石方工程量巨大，工期時間長，而且，在填筑過程中，對壓實機具的選擇以及壓實質量均有較高的要求，施工過程中各種環境因素、施工因素等引起的問題更是難以避免，所以總體質量控制異常困難。

1.2 填筑高度高，性能要求高

在等級公路建設過程中，因為建設標準較高，所以并不會預留沉降量，也不會隨意更改填筑高度，而且高填方路基本身自重較大，整體監控以及沉降監測更為嚴格。為此，在設計之初就必須要保證路基密度達到相關規范、保證足夠恒久的穩定性、足夠應對荷載的強度以及剛度，當然，對于其水熱穩定性也有著較高的要求，從根本上保證高填方路基具備安全性和穩定性。

1.3 分析認證復雜，技術含量高

在路基設計施工過程中，通常按照典型的橫斷面來進行設計施工，但高填方路基設計施工的過程中會面對諸多的技術問題，所以無論是對路基填料的選擇還是施工程序的選擇都有著非常嚴格的要求，尤其對于邊坡以及地基承載力都需要經過嚴格的驗算才能夠保證為后續設計提供基礎，確定相應的斷面形式以及施工計劃。驗算的過程要充分考慮基底實際，包括地質以及地下水的含量對邊坡穩定性造成影響，并根據調查結果進行高填方路基穩定性評估，只有達到穩定系數才能夠實行下一步的設計，若未達到穩定系數必須要經過加固處理才能夠保障施工質量。當前高填方路基穩定性驗算采用的主要方法包含二維線性有限元法以及概率分析法等，通過驗算分析能夠得到具體的概率數值，找出影響穩定性的敏感因素并針對性地采取措施進行處理。

2 土方路基高填方沉降的特點

2.1 線性特征明顯，持續時間長

土方路基高填方工后沉降需要經歷較長的時間才能體現，短則一年長則幾十年，而且沉降過程中的線性關系非常明顯，沉降量會隨著填筑高度的增加以及施工建設時間的延長而逐漸增大。填筑初期沉降速度較慢，隨著填筑高度的不斷增加產生的沉降速度會逐漸地加快，而竣工驗收之后，沉降速度又會逐漸變得緩慢，直到填筑結束逐漸趨于穩定，但在后期公路使用過程中，會由于填土本身的重量以及行車荷載再次發生緩慢沉降。另外，整個沉降量的產生同地質條件本身也有著緊密的關系，地質條件越好產生的沉降量越小，地質條件越差產生的沉降量越大。另外土方路基高填方的工后沉降大多為地基沉降，壓縮沉降概率可以忽略不計。

2.2 路面危害明顯，安全隱患大

高填方路基沉降可分為施工期沉降以及工后沉降。施工期沉降通常通過填補加高的處理措施來實現沉降控制。但工后沉降影響較大，不僅會引發路面塌陷以及裂縫等現象，甚至會造成下穿涵洞以及管線的破壞，而且沉降情況會隨著路基填筑的高度增加而加重，影響公路的正常運行，并存在較大的安全隱患[1]。

2.3 土方路基高填方工后沉降原因

2.3.1 受地質土壤影響嚴重

填方路基施工過程中地質勘察是首要任務。良好的地質地形能夠保證路基的穩定性和耐久性，但若該工段處于不良地質區域，例如所處路段土壤密度較小、承受壓力限度較低，不僅會為施工帶來一定程度上的困難。且隨著路基填筑高度的不斷增加導致地基變形壓縮，隨之沉降、開裂的現象也會愈演愈烈。這在耕地、稻田、湖塘、軟土等土壤比較松散的路段比較容易出現，尤其是受到水害侵蝕之后，在長期的行車荷載作用下內部剛度降低，外部壓力增加，雙向的影響容易導致路基沉降變形。想要從根本上實現路基沉降的控制，還需采取合理的規劃加強路基加固工作以夯實施工基礎。

2.3.2 路基施工用料影響

隨著公路建設難度的不斷升級，土方路基高填方施工的高度越來越高，寬度越來越大，需要大量的路基填料。路基填料選擇時，要結合公路建設的實際情況，從根本上提升路基耐久性。如果填料選擇不當，不僅難以保證穩定性和滲水性，發生沉降位移在所難免[3]。路基填料的選擇要根據施工路段實際情況進行考察：

（1）考察該路段是否處于多水區域，若該路段處于多水害發生區域，所選用的填料既要保證穩定性又要保證滲水性。

（2）考慮路基填料與路段土壤本身的結合性，二者結合性越高路基穩定性越高。

（3）注重路基填料的最小承載比，承載比需要滿足車輛載荷的需求。為此，公路施工前要對車輛交通量進行判斷估算，這對提升填筑路基的使用壽命，有效預防沉降現象，確保公路建設質量都有著積極的作用。

3 土方路基高填方工后沉降的分析與預測

3.1 土方路基高填方工后沉降預測方法

3.1.1 靜態模型預測法

（1）雙曲線模型。目前雙曲線法是路基沉降變形預測的主要方式之一，其根本原理在于以實測沉降數據為基礎，將沉降量同時間之間的關系以雙曲線的形式繪制出來，通過對雙曲線的變化趨勢進行預測估計高填方路基變化趨勢或者沉降值，在雙曲線模型建立的過程當中，任意時間的沉降值變化通過以下公式表示：

式中：St——t時刻的沉降值；

a、b——特定的經驗系數，二者的獲取以實測資料數值為基礎，在線性回歸方法的運用之上求得。

（2）指數曲線模型。指數曲線模型法的原理與雙曲線模型基本類似，通過在曲線上所獲得的實測數據，運用軟件進行擬合得出最終沉降值。該模型建立過程中可以以太沙基的一維固結理論為基礎，該理論中認為孔隙水中的壓力會隨著時間的變化而呈現出一定的曲線關系，所以對于彈性土體而言，土體壓縮變形沉降的過程也會呈現出一定的指數曲線關系，在此過程中，確定該時刻的固結度，就能夠實現此刻高填方路基沉降的推算。表達公式如下：

式中：U——土體平均固結度，計算公式為；

St——t時刻所對應的沉降值；

Sd——瞬時沉降；

S∞——表示沉降的最終值。

3.1.2 動態模型預測法

（1）灰色系統法。灰色系統法建立于數學理論基礎之上，其最重要的特點就是利用較少的數據以及不確定性的信息建立動態微分方程，該模型建立在GM模型基礎之上，以GM 模型為定量預測，通過隨機數據列出的時間變化經過一定方式的累加，保證其變成非負遞增的數據列，并通過該方程加強對路基結構形態的認識，從而以灰色關聯空間為依托，對土方路基高填方工后沉降作用機理進行深刻理解。

（2）人工神經網絡法。所謂的人工神經網絡法就是通過對人體大腦思想的借鑒，完成傳統的函數關系到非線性映射的轉變。該過程當中可以對影響高填方路基沉降的復雜因素進行詳細表達以及變化規律的推導。整個過程當中首先通過監測網絡的布置獲取沉降數據值，在軟件擬合曲線的輔助之下建立神經網絡模型；模型建立完成之后通過誤差逆傳播原理對其進行訓練；當訓練成熟之后根據整體思想完成路基沉降的預測，整個過程當中可以及時地對偏差進行調解處理[2]。

4 土方路基高填方工后沉降控制措施

4.1 施工前的預防沉降措施

（1）做好地質勘察，完善施工設計。施工前的地質勘察重點在于施工路段的水文地質條件，所以應對其土壤特質水系分布等有詳細了解，尤其對軟土地基存在的位置特點進行重點關注。該過程中根據實際勘察情況，對地基的沉降量以及水平位移進行分析，按照相關設計規范需求對路基穩定性進行驗算。造成路基沉降的原因有很多，但不同地質條件的地基控制存在差異性，所以標準也會有一定的差異，需要結合以往的成功經驗完善施工設計方案，方案包括軟土路基的處理加固、也包括路基填筑工序壓實指標，當然壓實度檢測方式也是重點內容。另外在施工方案制定完畢之后需進行技術交底，從根本上保證方案的有效執行以及施工質量。

（2）合理選取填料，注重軟土處理。在施工過程中，為保證成本控制以及施工效率，通常會選取施工沿線的料場提供各種原料。所以在對沿線料場進行填料選取過程中，首先要完成試驗檢測，保證該料場所提供的填料符合施工標準，檢測的內容包括液限檢測、塑限檢測以及含水量顆粒分析等，確定所選取的填料符合標準，并進行相應對比實驗來保證材料選取符合施工需求。通常情況下路基填料的含石量越高，路基越為穩固，沉降位移發生概率越小。所以要嚴格控制填料的質量，避免人為操作不當影響施工質量[4]。

4.2 施工中沉降控制措施

（1）材料運輸進場保證質量。土方路基高填施工填筑材料是基礎，所以必須要實現嚴格的質量控制避免以次充好的現象產生。該過程當中需要從運輸以及進場兩方面進行綜合控制，運輸的過程當中，通常采用自卸式汽車進行運輸，需遮蓋篷布避免雨水侵襲，且在運輸到達現場之后由專門負責人員進行卸料指揮驗收工作，施工現場的材料鋪攤需要分層有序進行，保證攤鋪厚度滿足實際需求，并預留一定的虛鋪厚度便于后期壓實。值得注意的是，在此過程當中無論是材料的采購還是設備的選取都應該實現專項控制、專項管理，確保材料性能，確保機械性能。

（2）嚴格壓實控制，保證壓實度。填料壓實是整個工序當中最重要的工序，壓實進行前首先要保證選擇合理的壓路機型號并對填料的含水率進行檢測。若填料的含水率過高可以通過翻曬處理降低含水率，若含水率過低可以通過相應的灑水悶料處理保證含水率方便碾壓施工。通常情況下碾壓施工從路基兩側向中間進行壓實曲線段由內向外進行壓實，而且碾壓的速度根據坡度進行控制，整個碾壓過程當中保持由低向高勻速進行碾壓。在對路基邊緣進行碾壓的過程當中，要保證壓路機和路基線完成有效銜接，保證無漏壓產生。壓路機無法完成的碾壓工作，要進行人工壓實。值得注意的是高填方填筑路段的壓實工作應優先進行安排，確保沉降期的預留。在對不良地質路段壓實的過程中填筑速度、壓實速度必須要根據水平位移來進行合理有效控制。

4.3 做好施工監測，注重沉降觀測

為保證施工質量，施工過程需要配備專業知識過硬、經驗豐富的施工人員作技術指導。從填料選擇到施工工序計劃進行嚴格把關，保證高填方路基施工高效、高質量地進行。施工過程中的監測工作一定要予以重視，保證及早發現，及早分析問題，及早完成處理。沉降的控制應貫穿于路基施工的全過程，在準備階段，應完成沉降觀測點的設置。觀測點的設置應選取2～3個為最佳，通過水準儀以及全站儀的輔助，保證高精度、高穩定性的觀測曲線的測繪。觀測頻率根據施工進度和沉降位移的數值來確定，可以采取每天多次進行觀測，若位移沉降數值較小，則表明整體趨勢較為平穩，可適當地調整延長頻率。不過隨著填筑高度的增加，相應的觀測密度也應該有所增加便于施工質量的分析，同時及時有效地做出調整[5]。

5 結束語

綜上所述，高填方路基施工不僅工程量大且工期長，其中涉及問題比較繁瑣，控制起來難度較高。關于土方路基高填方的沉降，針對性地分析原因并采取相應的措施才能夠實現有效的控制。施工過程中要從實際勘察入手，嚴格執行填料選擇標準，通過有效的觀測，及時地進行沉降控制，保證路基結構的穩定性和耐久性，從而提升公路施工質量及運行安全。