路基路面沉降的原理與施工控制技術

任黎明 劉凡

（山東宇通路橋集團有限公司， 山東 廣饒 257300）

對于公路工程來說， 若出現路基路面沉降問題會導致公路結構受到破壞， 車輛通行舒適性、 安全性就會受到影響。 由于沉降范圍大小所產生的病害類型也是不同的， 若不及時采取科學的處理方法進行修復，就會使得病害問題擴大， 嚴重時還會出現局部坍塌等安全事故。 因此， 對路基路面沉降機理進行分析， 總結出科學有效的控制技術意義重大。

1 路基路面沉降的危害

1.1 縮減路基路面使用年限

公路在長期運行中， 由于自身荷載以及車輛荷載持續作用之下， 路基表面會出現蠕變的問題， 而實際上蠕變的速度是比較緩慢， 所以短時間內不會給路面結構的質量產生任何的影響。 但是對于整個工程的路基路面來說， 最為關鍵的位置時橋梁和道路的連接部分， 因為剛度性能有明顯的差異， 所以并不會出現蠕變的問題， 因此， 原先平坦的路面出現了差異性的沉降問題， 隨著沉降日益嚴重， 在車輛經過該位置之后會發生跳車的問題， 原路面長期受到動荷載的持續作用，不均勻沉降問題更加的嚴重， 使用壽命縮短明顯。

1.2 增大交通事故發生概率

車輛在路面行駛時， 跳車現象比較常見， 一般都是在路基路面沉降路段內出現。 高速公路是哪個車輛行駛速度是非常快的， 即使是很小的沉降差也會導致交通事故的發生。 從大量的實際經驗分析可以發現，如果橋梁和道路路面接觸的部位出現了沉降差在15mm以上， 在車輛行駛時就會導致跳車問題的發生，車輛行駛安全無法保證， 誘發安全事故， 威脅人們的生命與財產安全。 由此可見， 高速公路出現沉降差的問題， 會誘發比較嚴重的交通事故問題， 發生率升高比較明顯， 產生極大的危害， 所以要充分的重視這種病害問題。

2 路基路面沉降原因分析

在公路項目建設環節中， 對于道路建設要求非常高， 因此路基變形問題要做好控制。 相對于軟土路基來說出現變形問題主要是以路基沉降形式體現的。 路基沉降不僅會導致路基結構受到破壞， 同時還會是的路面結構破壞， 其破壞形式主要有橋頭跳車、 車轍、 起拱、 坑槽等類型， 以下對常見的沉降原因進行詳細分析。

2.1 交通荷載引起的路基沉降

因為瞬時沉降以及次固結沉降問題的出現， 導致路基發生一定的變形， 相對較小， 所以本次具體根據主固結沉降展開詳細計算與分析。 按照目前已經掌握的數據參數， 通過計算分析各項數據信息， 選擇應用壓縮模量的方式對于路基沉降參數進行計算。 根據需要從交通荷載的路基形成的附加參數展開計算分析， 再通過壓縮模量公司計算， 得到下表1 中的數據信息。

表1 沉降修正系數取值

當壓縮模量為10MPa時， 標準輪下降量就會出現變化， 此時其下降量為87mm； 此外當超載軸重處于500kN時， 沉降量參數會增加， 觀察科學其達到了435mm； 當壓縮量參數變化為25MPa， 標準輪壓軸重均發生了變化， 通過相關參數分析可以了解到， 路基沉降量的變化參數是隨著填土壓縮量的提升而變小的， 同時， 超載也會到沉降參數增加。

2.2 路基自身重力引起的沉降

路基自重是長期作用之下， 壓縮模量會發生很大的變化， 所以沉降比較大的情況下， 路基結構的自身沉降量會因為壓縮模量的增大而不斷， 在壓縮模量達到5MPa時， 路基土的自身沉降量只有4.5mm的情況下， 就可以不考慮。

2.3 橋頭搭板設置不合理而導致的沉降變形

路基牛腿的結構是主要的壓力承受部分， 路基上部的橋頭搭板設置有彈性的支撐結構， 二者受到的承載力有著很大的不同， 并且存在不均勻的問題， 分析橋臺結構的受力條件， 道路橋梁會長期受到車輛荷載的碾壓作用， 并且車輛在行駛時， 路基結構的部位和橋梁搭板的位置處于壓力峰值之間， 車輛連續運行的情況下， 橋頭塔板會出現塑性變形的問題， 長期受到作用力的影響而導致沉降變形的問題。

3 沉降段的路基路面施工

3.1 搭板的安放設置施工

1） 在搭板使用之前， 進行水平與垂直方向的全面檢查， 保證鋼結構的材料質量合格， 各項性能指標符合工程的技術標準要求。 因為車輛長期負荷的作用之下， 會導致裂縫問題的發生， 所以應該在施工中，確保施工項目有序的進行， 這就需要在橋臺的部位上鋪設搭板的結構， 確保搭板設置的水平與垂直方向上都符合質量標準， 且要嚴格檢查鋼結構材料的質量，確保性能合格， 需要通過錨栓進行加固處理， 搭板結構的強度、 穩定性滿足要求。 此外， 在現場施工中，應用加固錨栓為22 號、 長度為75 ～80cm的鋼筋加固處理， 保證穩定性達標； 2） 安裝搭板支座。 在搭板結構正式施工前， 一般都會結合現場的具體情況安裝搭板支座， 其通常安裝到搭板結構的下部， 鋪設厚度為1 ～2cm的油氈墊層的結構， 主要的目的是支撐搭板結構， 保證間距為80cm左右， 達到穩定搭板結構的效果， 支座的選擇極為重要， 保證結構尺寸合格，且安裝距離適當， 提高結構性能； 3） 牛腿上緣與臨近臺端上緣的位置設置倒角的形式。 路基搭板結構的施工容易受到外部作用力的影響而發生振動的問題，導致結構穩定性不合格， 沉降問題會更加的嚴重。 因此， 在該位置上設置倒角的形式， 從而可以防止出現搭板不正常的移動問題， 保護搭板結構的穩定性， 不會出現結構損壞的問題， 還可以全面提高結構的性能， 為整體結構運行效果提升起到一定的促進作用；4） 在項目開展環節中， 對于填充材料的資料需要詳細分析， 確保材料性能指標滿足實際需求。 同時在搭板與頂板施工時還需要控制好兩者的對接性， 使其能夠符合施工需求。 議案來說， 進行搭板施工環節中，考慮到工程的穩定性一般來說在頂層位置與基層位置要控制好間隔距離， 距離設定要以10cm要求為主。并且在地層面鋪設之前， 要將水泥碎石鑿除， 保證平整度相關參數符合工況需要。

3.2 路橋路基施工處理技術

現代社會高速發展， 施工技術水平得到很大的提升， 很多先進科學技術應用到工程中， 路橋與路基技術水平也有了非常大的提高， 對于促進公路運行質量的提升有著極為重要的價值。 1） 如果路基形式為軟土路基， 選擇合適的施工技術可以滿足要求。 淺層的軟土路基機構形式， 應用平鋪土工布的方式處理， 可以防止路堤與橋臺之間出現沉降嚴重的問題， 而對于軟土路基厚度較大的情況下， 應該適當的減少填料的數量， 利用土層結構的強度實現固定處理， 保證不會發生嚴重的沉降問題； 2） 路基為溝壑地形條件下，因為其孔隙比較大、 含水量比較高， 所以應用粘土層更換處理之后， 可以符合工程的標準要求。 在施工中， 換土層的厚度要根據軟土層的實際情況確定， 粘土層開挖施工完畢后， 進行必要的翻曬處理， 預留0.6m的厚度進行回填作業， 并且使用石灰土回填處理， 達到密實度的標準。 經過處理之后， 路基結構強度性能提升比較明顯， 防止路基發生嚴重的沉降問題。

3.3 臺后填筑施工

要想有效的處理路基沉降變形的問題， 臺后填筑施工環節， 盡量選擇使用輕型施工材料， 這樣可以滿足施工要求， 還可以降低自重。 因為臺后填筑施工的壓實度性能要求非常高， 所以在施工前選擇合適的施工材料， 保證其透水性符合標準要求， 目前主要是砂礫土、 碎石土、 工業廢渣等材料， 科學技術發展， 很多新型材料研發和應用， 泡沫混凝土、 泡沫聚苯乙烯等成為主要的填充材料， 施工效果明顯。

3.4 路基路面養護施工

針對路基路面沉降問題， 在施工環節中做好路基路面養護控制格外重要。 一般來說， 在路基路面養護施工時， 需要按照具體項目情況， 合理的選擇養護方法保證養護效果滿足實際需要。 就當前來說在養護時可以選擇“石砌壇工防護法” 進行維護作業， 在具體操作時對于路基路面損壞的位置可以及時進行防護處理， 能夠控制路基沉降問題出現， 大大提升了養護效果。

4 工程技術實例解析

某高速公路的其中一個標段長度為9.2km， 設計為雙向四車道的形式， 荷載等級為I級， 設計行駛速度為80km/h； 該工程采用在整體式路基結構形式，其寬度為26.4m； 分離式路基形式， 寬度為19.4m。在工程中有隧道、 橋涵等組成結構， 所以工程量巨大， 施工復雜性較高。 經過現場施工情況的分析和研究， 該路基和橋梁根據常規設計方案進行， 路基開挖采用從上到下的順序逐步進行， 對于機械無法進入的地帶， 可以采用人工作業方式開挖施工， 邊坡結構通過光面爆破的方式進行， 確保邊坡結構達到穩定的標準。 通過分析了解沉降的原因， 發現該路段出現了水管斷裂的情況， 由于水壓存在較大的沖擊力， 造成了其中一個位置上塊石層與外側填土結構發生沖刷而損壞， 造成路基發生下沉的情況。 工程技術人員展開全面的分析， 最終對該沉降路段采用雙液壓力注漿施工方案， 以保證結構性能合格。

4.1 合理布置注漿孔

在現場勘察之后， 發現某橋梁引道位置的桌邊區域內， 距離軸線3.6 ～4.6m的外側設置注漿孔可以滿足要求， 應用φ110mm的鉆頭開展鉆進施工， 在鉆入到老土層結構后， 調整為φ90mm的鉆頭繼續鉆進施工。 按照從外到內的順序逐一進行施工， 設置4 ～5排注漿孔結構， 如果現場條件不允許， 可以適當的減少注漿孔， 采取梅花形設置的方式， 注漿孔縱橫間距為1m×1m， 并且落實深度控制措施， 一般為13.0m。在內側注漿孔設置時， 保證其可以傾斜到基礎地面上， 和建筑物的軸線距離保持1.5m為最佳。 在該路段中， 另外兩側還要個設置一排注漿孔， 鉆入到原狀土3.5 的深度輸尿管， 并且注漿時隨時做出調整。

4.2 成孔的施工工藝

成孔施工中， 從外到內逐步進行施工， 成孔通過鉆探方式來實現， 開孔口徑為φ110mm， 終孔口徑在φ90mm以內。 通過內排成孔的情況下， 利用傾斜的方式從外到內逐步進行施工， 內排孔要向墻體傾斜90 ～100mm， 其他孔則保持豎直性。 在施工環節， 通過清水鉆入的方式， 確保孔壁滲透性符合要求。 在現場施工環節， 發生垮塌的問題， 通過套管做好防護處理，確保可以達到清潔的標準。 注漿環節， 成孔深度根據地質條件設定， 深度在13m以上， 確保成孔進入到原狀土的深度在3m以上。 每個成孔都必須進行標注，不會引發施工損壞的問題。 注漿成孔后， 為了防止鉆探水壓力而產生地基下沉的情況， 應該減小水壓力，保證鉆入施工順利進行。

4.3 注漿篩管以及止漿塞的施工工藝

要想保證施工質量合格， 注漿篩管應用φ25mm鍍鋅管或者PPR管， 同時在管道的底部的2m部位上設計為4 排小孔， 并且做好封閉處理。 成孔工作施工結束后， 才能開始或許注漿篩管施工， 保證篩管上部和套管進行穩定的連接， 下部和底部相距0.2m的部位上， 再下入1 根長度為2m的通氣管。 將準備好的材料通過注漿管直接注入到內部， 并且做好振搗處理， 保證其在地面以下1.8m， 保證達到強度要求后才能開始注漿施工， 在施工后通過止漿塞以保證結構的密封性。 如果在現場要設置注漿孔， 套管需要設置在建筑基礎以下， 同時套管周邊通過混凝土密封處理。

5 雙液配置工藝以及注漿工藝

5.1 雙液配置工藝及配置比例

在現場施工中， 通過使用后雙液配置的方式， 材料的質量對于注漿施工效果有著直接的影響， 所以配置時應該經過反復、 多次試驗檢測， 確保材料的性能合格。 雙液配置的環節， 保證水泥∶水∶水玻璃＝1∶0.5∶0.005， 加強材料的控制， 使用普通硅酸鹽水泥， 水的質量合格， 且水玻璃、 膨脹劑等都符合要求， 結合現場情況做出改進和調整， 保證成漿的質量達標。 在現場配制環節， 首先在攪拌筒內加入必要的清水， 通過攪拌機注入水泥， 并且加入規定比例的膨脹劑， 攪拌5min。 攪拌的漿料過篩處理， 然后存儲在桶內備用。 注漿開始之前， 需要給內部加入速凝劑， 以防止發生堵塞的問題， 并且快速攪拌1min 才能進行注漿施工。 漿液配制環節， 桶直徑為1m， 高度為1m， 每一次制漿的數量為0.6m， 根據要求做好配置工作，一般按照0.7m清水∶5 包水泥∶20kg膨脹劑進行設置，并且實施攪拌處理， 以達到施工效果。

5.2 注漿施工工藝

本次工程在施工中， 選擇應用的是活塞式水泵設備， 通過單管或者雙管的方式注漿施工， 注漿環節必須按照從下到上的順序進行施工。 在現場施工時， 保證鉆孔的清潔度合格， 通過高壓膠管連接孔內長注漿篩管以及注漿機， 把制作合格的漿液直接注入到內部。 注漿施工全部完成后， 在通氣管內加入必要的水泥漿液， 并且做好通氣管的封閉處理。 水泥漿液利用壓力過篩眼， 然后進入到土層結構內。 在注入漿液的過程中， 根據施工工藝方案要求進行， 在注漿機壓力表升高的情況下， 注漿壓力也要做好控制， 保證漿液從稀到稠的變化。

注漿壓力達到2 ～2.5MPa時， 保持2min 的時間，即可完成注漿施工， 然后是進行注漿篩管的封閉處理， 保證各個管道連接的性能符合要求， 達到注漿施工的技術標準。 在現場注漿施工中， 如果發現注漿孔的上部回填土出現松散、 冒漿等問題， 要立即停止注漿， 時間為1 ～2h， 保證之前注入的泥漿達到初凝的狀態之后， 才能繼續進行注漿施工。 通過內排傾斜的注漿孔進行施工， 需要適當的增加注漿的壓力， 在注漿結束后， 水泥達到初凝的狀態即可拔出內部的套管和篩管， 重復利用， 達到降低成本的效果。

5.3 注漿深度以及效果檢測

在本次工程的施工中， 注漿施工作業深度為4 ～13m， 注漿成孔套管直接深入到地表以下4m的深度上， 篩孔預留4m不進行鉆孔施工。 結合不同地質條件選擇不同的設計方案， 根據現場的情況調整施工工藝方案。 注漿效果的檢測也極為重要， 一般在某個區域施工結束后， 抽檢3 ～5 個注漿孔即可。 檢測確定注漿施工工藝， 地基土層膠結情況包含區域內地基承載性能的檢測， 并且根據抽芯檢測孔方式完成注漿封孔處理。 在項目施工結束后， 對于現場的沉降量進行觀測， 評估項目施工的質量。

6 結語

綜上所述， 路基路面沉降的問題比較嚴重， 需要結合設計方案的要求， 以國家標準和行業規范為出發點， 合理進行引道、 橋臺部位的施工處理， 綜合分析路基的實際情況， 選擇最佳填充施工材料， 保證排水效果合格， 防止出現不均勻沉降的問題， 不會出現跳車的問題， 提高公路運行效果， 保障交通安全性。