路基沉降的影響因素及其治理方法

摘要：在介紹公路路基沉降在地質結構、氣候環(huán)境、規(guī)劃設計、施工作業(yè)等方面原因的基礎上，闡述路基沉降采用的換填法、固化法、噴樁法、注漿法等治理方法，并通過案例詳細闡述了采用噴樁法治理公路路基沉降的全過程，可供從事公路建設和維護的工程技術人員參考。

關鍵詞：公路路基；沉降原因；治理方法；治理案例

0 " 引言

我國具有廣袤的國土，公路建設日新月異，公路里程不斷延長，四通八達的公路網越來越密。受到多種原因的影響，運行中的公路路基會發(fā)生不同程度的沉降，嚴重影響車輛行駛安全，甚至引發(fā)交通事故。對此應當分析公路路基產生沉降的原因，研究解決沉降問題的治理方法。

1 " 路基沉降的影響因素

1.1 " 地質結構

公路修建的里程大都很長，可連通山體、高原、平原等自然地形地貌。修建公路時，會遇到土壤、巖石、地下水等不同的地質結構。上述地質結構和原始土壤的承載力千差萬別，如果修建公路時對路基處理不好，就會造成公路路基沉降。在不同的地質條件下進行公路路基施工，公路路基面臨很大的不確定性和挑戰(zhàn)。例如在地下水系豐沛的地區(qū)進行公路路基施工，公路工程完工后極易出現(xiàn)路面變形、位移現(xiàn)象，在遭受較強外力作用后，就會導致公路路基沉降。

1.2 " 氣候環(huán)境

我國大地上的公路橫貫東西、縱貫南北，氣候條件和自然環(huán)境的差別很大。在修建公路的過程中會遇到氣候和環(huán)境的變化，這些都會對公路路基的施工產生不利影響。公路路基對惡劣天氣比較敏感。例如在公路施工過程中，過高的氣溫烘烤會使路基失水開裂，影響路基質量。不同氣候環(huán)境下氣溫變化、降水多少，會對公路修建時的路基以及公路修建后路基的沉降，產生不同程度的影響。

1.3 " 規(guī)劃設計

在公路規(guī)劃設計之前，如果對公路工程施工范圍內的地質情況沒有進行認真考察，地質勘察資料不準確，技術方案制定不合理，設計審核不嚴格，都會造成后續(xù)的施工措施不到位，導致路基質量受到不利影響、修竣后的路基產生沉降。例如在公路路基設計時，其排水防護系統(tǒng)設計存在缺陷，會造成路基周圍的地表水無法順利排出。地表水滲入路基，就會造成路基不穩(wěn)固、承載力下降，進而導致路基沉降。

1.4 " 施工作業(yè)

路基填料的材質是路基質量的重要保障。在進行公路路基施工時，如果采用了含水量大、粒徑不符合要求等不合格材質的填料，就會對路基質量產生不利影響。例如，施工單位為了減少施工成本，對路基填料以次充好、偷工減料，就會造成路基成活后的強度下降，導致修竣后的路基產生沉降。

在填充路基材料時，如果未按照規(guī)范要求控制填料厚度、未實施分層碾壓、壓實不充分、沒有達到密實度要求，都會埋下隱患，在公路工程完工后形成路基沉降。在道路工程施工過程中，如果只依靠以往經驗盲目施工，很容易忽視路基區(qū)域的客觀環(huán)境因素，造成修竣后的路基缺乏耐久性和安全性，最終導致路基沉降。

1.5 " 其他因素

路基沉陷的其他因素主要包括以下3個方面：一是公路長期超飽和超承載力運行。例如公路上大型運輸車輛的流量遠大于公路設計流量，大型運輸車輛載貨噸位遠超公路承載力。公路經過如此長期運行，就會造成其各層結構受到破壞，導致路基沉降。二是公路養(yǎng)護管理存在缺陷。例如公路表層損壞不及時修復，造成雨水滲透進路基，路基降低路基的穩(wěn)定性，最終導致路基沉降。三是公路超過設計規(guī)定的使用年限。公路超過設計規(guī)定的使用年限后，其承載力自然降低，便會導致路基沉降。

2 " 路基沉降治理方法

2.1 " 換填法

因路基局部濕軟而導致一定范圍內的路段產生沉降時，可對該損壞路段采取換填法進行治理。治理的具體方法和順序如下：一是將該路段已經損壞的結構層全部挖除，露出正常土壤。二是采用承載力符合要求的砂石、二灰土等基礎材料分層進行回填和碾壓，使修復后的路基達到原設計標高，密實度略高于原設計標準，并與周圍路基保持平順。三是自下而上進行公路面層攤鋪、碾壓，確保壓實后的密實度和平整度達到原設計要求，路面接縫與周圍原有路面銜接平順。

2.2 " 固化法

在路面沉降面積較小、路基土體較少且濕軟時，可采用固化法進行治理。治理的具體方法和順序如下：一是準備好水泥、石灰、石膏等固化材料備用，將已經損壞的路面面層清除。二是在路基損害較深時，可將固化材料按照一定比例配置成漿液，注入路基中，使路基由深到淺全部固化。三是在路基損害較淺時，可將固化材料按照一定比例與被損壞的路基土層進行充分的混合，然后碾壓到規(guī)定的密實度。四是參照換填法“治理的具體方法和順序”第三條的描述，完成公路面層施工，即完成固化法施工。

2.3 " 噴樁法

在路面沉降面積較大、工程數(shù)量較大、路基損壞嚴重、土體含水較多時，可采用噴樁法，即粉噴樁法進行治理。治理的具體方法和順序如下：一是將已經損壞的路面面層清除，將路基清理平整，并確定樁位。二是準備好噴樁所需的水泥、石灰粉、水泥漿等材料，并將鉆機就位。三是使用鉆機將樁位鉆進到設計深度，使用壓縮空氣噴射水泥、石灰粉等材料。同時在鉆頭鉆桿反轉和正轉作用下，使水泥、石灰粉與鉆孔中的土體充分融合，由深到淺逐漸形成柱狀加固土體，經過一定時間形成固化的粉噴樁。四是參照換填法“治理的具體方法和順序”第三條的描述，完成公路面層施工，即完成噴樁法施工。

2.4 " 注漿法

對于路面沉降較深、沉降面積偏大、松散砂土層或含水量較大的路基，特別是深層存在較多孔隙、較大溶洞結構的路基，可采用注漿法進行治理。治理的具體方法和順序如下：一是清除公路面層結構，準備好水泥等膠凝材料并按照一定比例制成漿液。二是采用機械鉆孔和壓力注漿方法，將膠凝漿液注入路基深層，使膠凝漿液迅速擴散到路基深層的空隙之中，直到使膠凝漿液充滿路基的上層結構為止。三是參照換填法“治理的具體方法和順序”第三條的描述，完成公路面層施工，即完成注漿法施工。

2.5 " 其他方法

公路路面沉降的治理，除了上述方法以外，還有強夯法和錨桿法等多種方法，需要根據(jù)公路路面沉降的實際情況正確選用。

使用強夯法的條件，主要是路基土體的含水量符合規(guī)范要求。在此條件下，將沉降部位回填土方后，使用大噸位強夯機對其進行夯實。采用強夯施工，可在最短時間內達到路基的密實度和承載力要求，可快速修復公路的沉降路段。

錨桿法主要用于路基的防護。當公路路基兩側的邊坡受到雨雪侵蝕后，就會造成公路路基產生塌方或位移。使用若干錨桿將路基的邊坡進行加固處理后，可避免公路路基受到傷害，防止引發(fā)公路路基的沉降。

3 " 路基沉降治理案例

3.1 " 現(xiàn)場檢查

某高速公路的高填土路段發(fā)生沉降故障，現(xiàn)場檢查的情況如下：該公路的面層為3層瀝青混凝土結構，雙向4車道，路寬15m。該高填土路段的外露填土高度為3～4m，其發(fā)生沉降部位的長度為42m，其邊坡、路肩、路面均發(fā)生不同程度的沉降，一些部位產生明顯的凹陷，瀝青混凝土面層多處出現(xiàn)較寬裂縫。

3.2 " 勘察分析

根據(jù)檢查情況，技術人員分析認為，該路段發(fā)生沉降的原因不是滑坡引起。為了查找該路段發(fā)生沉降的真正原因，決定對沉降嚴重的部位進行鉆探取樣。分析鉆探取樣的結果得知，該路基部位原地貌地勢低洼、底部土體有淤泥且含水量較大。該高填土路段路外露填土層的下部，仍有2～3m的回填土，且回填土中的二灰含量少于設計要求。

根據(jù)勘察結果，技術人員進一步分析認為，高填土路段發(fā)生沉降的原因有三點：一是地勢低洼部位原土體存在淤泥，含水量較大，對路基填方產生不利影響；二是路基填方所使用的回填土未達到設計要求；三是對回填土碾壓的密實度未達到設計要求。

3.3 " 制定治理方案

為了確保該高填土路段沉降部位的修復質量，盡可能減少該沉降治理對社會交通的影響，經技術人員研究，決定采取修復半幅路通車之后，再修復另外半幅路的治理方案。

每半幅路的具體治理方案如下：一是將已經損壞的瀝青混凝土面層清除干凈，并進行適當平整，以便進行下一步施工。二是采取粉噴樁法加固路基。粉噴樁的深度應達到原始地貌淤泥的底部，即到達土體含水量符合技術要求的部位；粉噴樁平面均布，樁位密度適當。三是對沉降部位的邊坡、路肩、路基進行土方回填，安裝路緣石等結構。路基碾壓后的密實度應達到規(guī)范要求，回填的土方經碾壓后應符合原設計標高。碾壓后的路基應進行養(yǎng)生處理。在路肩上安裝路緣石，在邊坡上修筑排水系統(tǒng)。四是將原完好路面面層的斷面切割整齊并刷涂瀝青稀料，然后對路面瀝青混凝土的面層開展分層攤鋪作業(yè)，新攤鋪的表面層與原表面層應銜接平順。五是進行竣工驗收，驗收合格后由交通主管部門施劃車輛導行線。

3.4 " 治理施工

3.4.1 " 施工準備

施工前的準備工作是開展正式施工的必要條件，主要準備工作包括以下3個方面：一是將交通導改方案報交通主管部門審批，準備好交通導改所需的錐桶、護欄、警示燈、警示牌等物資；經交通主管部門審批后，著手進行并完成交通導改工作。二是按照施工工序，準備好基礎施工所需的水泥、石灰粉、回填土、路緣石等材料，準備好鉆機、空壓機等粉噴樁設備，聯(lián)系好挖掘機、裝載機、自卸車等土方挖運機械車輛，聯(lián)系好瀝青混凝土的供貨渠道，落實好攤鋪機、壓路機、等路面機械。三是對參與施工的工程技術人員、各工種人員、機械設備操作人員落實安全施工生產責任，進行安全技術交底，為確保工程施工質量、進度、安全提供組織保障。

3.4.2 " 舊路面清理

瀝青混凝土面層已經隨路基產生沉降，且出現(xiàn)嚴重裂紋，則必須予以清除。待路基沉降修復后重新鋪筑瀝青混凝土。使用挖掘機、破碎錘先將已經損壞的瀝青混凝土面層搗碎成渣土，再將渣土裝上自卸車清運出施工現(xiàn)場，最后對路基表層進行適當平整。

3.4.3 " 粉噴樁施工

按照粉噴樁的平面布置圖劃定各個樁位，將事先準備好的鉆機、空壓機等粉噴樁設備運到樁位處并進行組裝，將粉噴樁施工所需的水泥、石灰粉、水泥漿等材料運到鉆機旁備用。按照粉噴樁的設計深度及施工步驟，制成每根粉噴樁，直到完成全部粉噴樁施工。

3.4.4 " 路基施工

在粉噴樁完工且達到規(guī)定強度后，便可進行沉降部位路基的填方施工。此時須由公路內側到外側的順序進行填土，并使用中小型推土機或裝載機將填土刮平，填土的虛高應符合規(guī)定尺寸。路基填土刮平的寬度應到達路肩與邊坡的交接線，即原路面的寬度。

完成路基填土刮平后，選用適當噸位的壓路機對路基進行碾壓，直到檢查填土層的密實度符合規(guī)范要求為止。碾壓后的路基應進行養(yǎng)生處理。路基填土壓實完成以后，修筑路肩和邊坡，在路肩上砌筑預制好路緣石，在邊坡上修筑排水系統(tǒng)。砌筑路緣石時，必須準確把握其標高尺寸，以便在鋪筑瀝青混凝土時作為標高使用。

3.4.5 " 路面修復

在完成路基、路肩和邊坡等結構的施工后，即轉入瀝青混凝土路面攤鋪施工階段。在攤鋪瀝青混凝土面層之前，需要將保留的原完好瀝青混凝土面層的斷面切割整齊并刷涂瀝青稀料，以便與新攤鋪的瀝青混凝土緊密結合。該公路原設計的瀝青混凝土面層分為上、中、下3層。攤鋪下面層之前，需在路基上均勻噴灑粘層油，以便路基與下面層瀝青混凝土牢固粘合。3層瀝青混凝土自下而上從粗集料瀝青混凝土到細集料瀝青混凝土分層攤鋪，每層瀝青混凝土骨料、填料、瀝青等的配合比和溫度，按照規(guī)范要求進行配置和生產。

使用瀝青混凝土攤鋪機按照下、中、上順序攤鋪每層瀝青混凝土。每層攤鋪后使用壓路機按照先外后內的順序進行碾壓作業(yè)，壓路機鋼輪碾壓的輪跡要重疊250～300mm，碾壓到符合規(guī)定的密實度。新攤鋪的上面層瀝青混凝土應與保留的原上面層瀝青混凝土銜接平順。該公路一側完成3層瀝青混凝土攤鋪施工后，即完成該側路基沉降治理施工。按照上述治理施工步驟，在進行交通導改，繼續(xù)完成該公路另一側路基沉降治理施工。

3.4.6 " 竣工驗收

該公路兩側路基沉降治理工程竣工后，清理施工現(xiàn)場，交付驗收。驗收合格后，由交通主管部門施劃車輛導行線，具備通車條件后，放行社會車輛。

4 " 結語

我國國民經濟飛速發(fā)展，單位和個人的車輛不斷增加，公路的重要性不斷提高，公路越來越密切地融入國民經濟和社會生活。在公路病害治理方面，通過綜合運用多種施工技術，提高施工質量、縮短施工周期，保障公路暢通、促進行車安全，是新時代中國公路建設者和維護者的神圣使命。

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